质谱仪、回旋加速器(精品)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,三、质谱仪,1.,构造,带电粒子注入器,加速电场（,U,）,速度选择器（,E,、,B,1,),偏转磁场（,B,2,),照相底片,速度选择器,在电、磁场中，若不计重力，则：,1.,速度选择器,只选择速度，与电荷的正负无关,；,2.,注意,电场和磁场的方向搭配,。,1,、如果粒子所带电荷变为负电荷，仍从左向右入射，此装置是否还能作为速度选择器使用？,思考讨论：,2,、如果带电粒子从右向左入射，此装置是否能作为速度选择器用,3,、如果此装置中的电场和磁场方向同时反向，此装置是否可以作速度选择器用？如果可以，那么粒子应该从哪个方向入射？,当,vE/B,粒子向哪个方向偏？,当,vE/B,粒子向哪个方向偏？,练习,:,在两平行金属板间有正交的匀强电场和匀强磁场，一个带电粒子垂直于电场和磁场方向射入场中，射出时粒子的动能减少了，为了使粒子射出时动能增加，在不计重力的情况下，可采取的办法是：,A.,增大粒子射入时的速度,B.,减小磁场的磁感应强度,C.,增大电场的电场强度,D.,改变粒子的带电性质,BC,实例二,.,磁流体发电机,等离子体,即高温下电离的气体，含有大量的带正电荷和负电荷的微粒，总体是电中性的。,I,B,R,Eq,=,Bqv,电动势：,E,=,EL=,BLv,电流：,I,=,E,/,（,R,+,r,）,r,=？,流体为：等离子束,目的：发电,a,b,L,v,v,E,qvB,qE,a,A,实例三、霍尔效应,Eq,=,Bqv,I,=,nqvS,=,nqvhd,U=Eh=,Bvh,流体为：定向移动的电荷,是一种现象,h,A,A,I,v,qvB,qE,E,1879,年美国物理学家,E.H,霍尔观察到，在匀强磁场中放一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直的时候，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现电势差的现象。所产生的电势差称为霍尔电势差。,h,d,B,I,A,A,利用电场使粒子加速,粒子获得动能,实例四、回旋加速器,一、直线加速器,U,m,q,一级,二级,三级,U,U,U,n,级,粒子获得的能量：,E=,nqU,思考：有人认为只要使加速电压提高到足够大，就可以避免因多级加速而使直线加速器长度过长，这种设想可行吗？,直线加速器可使粒子获得足够大的能量,.,但占地面积太大，能否既让带电粒子多次加速，获得较高能量，又尽可能减少占地面积呢？,1932,年美国物理学家,劳伦斯,发明了,回旋加速器,巧妙的应用带电粒子在磁场中的,运动特点,解决了这一问题,回旋加速器,利用带电粒子在磁场中作圆周运动的特点，可使带电粒子回旋,为使粒子每经过两极板时都得到加速，极板间需接上一个,交变,电压,交变电压的周期为多少,?,每加速粒子一次，带电粒子运动速率和运动半径都会增加，它运动的周期会变化吗？,S,窄缝,中心附近放有,粒子源,加速粒子的最终能量由哪些因素决定？,为什么与加速电压无关,?,1,交变的加速电压周期,T,2,回旋加速器加速后的能量,带电粒子加速后的能量与,加速电压,U,无关,要提高加速粒子最后的能量，应尽可能增大,磁感应强度,B,和加速器的半径,二、回旋加速器,V,0,V,1,V,2,V,3,V,4,V,5,1,、带电粒子在两,D,形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，粒子每经过一个周期，被电场加速二次,2,、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来是一个初速度为零的匀加速直线运动,3,、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，每次增加的动能为,所有各次半径之比为：,4,、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。,5,、回旋加速器的出现，使人类在获得具有较高能量的粒子的方面前进了一 大步，了解其它类型的加速器：,直线加速器、同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等,例,2,：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是,(),A,、,电场和磁场都对带电粒子起加速作用,B,、,电场和磁场是交替地对带电粒子做功的,C,、,只有电场能对带电粒子起加速作用,D,、,磁场的作用是使带电粒子在,D,形盒中做匀速圆周运动,CD,例,3,：回旋加速器,D,形盒中央为质子流，,D,形盒间的交变电压为,U,210,4,V,，,静止质子经电场加速后，进入,D,形盒，其最大轨道半径,R,1m,，,磁场的磁感应强度,B,0.5T,，,质子的质量,m,1.6710,19,C,。,问：,（,1,）质子经回旋加速器最后得到的动能是多大？共加速了多少次？,（,2,）交变电源的频率是多大？,动能：,1.9210,-12,J,次数,6.010,2,频率：,7.610,6,Hz,1,2,1,2,例,1,：串列加速器是用来产生高能离子的装置。图中虚线框内为其主体的原理示意图，其中加速管的中部,b,处有很高的正电势,U,，,a,、,c,两端均有电极接地（电势为零）。现将速度很低的负一价碳离子从,a,端输入，当离子到达,处时，可被设在,处的特殊装置将其电子剥离，成为,n,价正离子，而不改变其速度大小。这些正,n,价碳离子从,c,端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁感应强度为,B,的匀强磁场中，在磁场中做半径为,R,的圆周运动。已知碳离子的质量为,m=,2.0,10,-26,kg,，,U,=7.5,10,5,V,，,B,=0.50T,，,n,=2,，,基元电荷,e,=1.6,10,-19,C,，求,R,。,解：设碳离子到达,b,处时的速度为,v,1,从,c,端射出时的速度为,v,2,，,由,动能定理,得：,eU,=,mv,1,2,/2,，,neU,=,mv,2,2,/2,mv,1,2,/2,，,进入磁场后，碳离子做圆周运动，,R,=,mv,2,/,Bne,，,得,=0.75m,a,b,c,加速管,加速管,a,b,C,加速管,加速管,