质谱仪回旋加速器专题课件.ppt

处理带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，常处理带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，常见的三种关系：见的三种关系： 1 1、偏向角、偏向角 = = 圆心角圆心角 = = 弦切角的弦切角的2 2倍。倍。 2 2、从、从同一边界射入同一边界射入的粒子，从的粒子，从同一边界射出同一边界射出时，时，速度与边界的夹角相等。速度与边界的夹角相等。 3 3、在、在圆形磁场区域圆形磁场区域内，沿内，沿径向射入径向射入的粒子，必的粒子，必沿沿径向射出径向射出。（径向：沿半径方向）。（径向：沿半径方向）二、画轨迹，找圆心二、画轨迹，找圆心 带电粒子在磁场中运动受力分析时，应带电粒子在磁场中运动受力分析时，应注意重力是否考虑：注意重力是否考虑： 电子、质子等一般不计重力；带电电子、质子等一般不计重力；带电小球、尘埃、液滴等带电物体一般要考小球、尘埃、液滴等带电物体一般要考虑重力。虑重力。 1 1、如图所示，在半径为、如图所示，在半径为R R 的圆的范围内，的圆的范围内，有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向有匀强磁场，方向垂直圆所在平面向里一带负电的质量为里一带负电的质量为m m电量为电量为q q粒子，从粒子，从A A点沿半径点沿半径AOAO的方向射入，并从的方向射入，并从C C点射出磁点射出磁场场AOCAOC120120o o则此粒子在磁场中运行则此粒子在磁场中运行的时间的时间t t_( (不计重力不计重力) ) A AB BR RvvO120120CqBm360odBev2 2、如图所示，一束电子（电量为、如图所示，一束电子（电量为e)e)以速度以速度V V垂垂直射入磁感应强度为直射入磁感应强度为B B、宽度为、宽度为d d的匀强磁场，的匀强磁场，穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹角为夹角为30300 0。求电子的质量。求电子的质量m moMN 例例4一磁场宽度为一磁场宽度为L，磁感应强度，磁感应强度为为B，如图，如图3612所示，一电荷质量为所示，一电荷质量为m，带电荷量为，带电荷量为q，不计重力，以一速，不计重力，以一速度度(方向如图方向如图)射入磁场。若不使其从右边射入磁场。若不使其从右边界飞出，则电荷的速度应为多大？界飞出，则电荷的速度应为多大？ 图图3612 思路点拨思路点拨电荷不从右边界飞出的临界条件是粒子电荷不从右边界飞出的临界条件是粒子到达右边界时速度方向恰好与边界平行。到达右边界时速度方向恰好与边界平行。 自学教材自学教材 1同位素同位素 原子序数原子序数 、原子质量、原子质量 的原子。的原子。 2质谱仪质谱仪 如图如图364所示。所示。 (1)P1P2之间的部分就是一个之间的部分就是一个 ，粒子要匀速，粒子要匀速通过狭缝应有通过狭缝应有v 。相同相同不同不同速度选择器速度选择器图图364匀速圆周运动匀速圆周运动2图图365是质谱仪的工作原理示意图。是质谱仪的工作原理示意图。 带电带电粒子被加速电场加速后，进入速度粒子被加速电场加速后，进入速度 选择器。速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强选择器内相互正交的匀强 磁场和匀强电场的强度磁场和匀强电场的强度分别为分别为B和和E。平板。平板S上有可让粒上有可让粒 子通过的狭缝子通过的狭缝P和和记录粒子位置的胶片记录粒子位置的胶片A1A2。平板。平板S下方下方 有强度为有强度为B0的匀强磁场。下列表述错误的是的匀强磁场。下列表述错误的是 ()图图365A质谱仪是分析同位素的重要工具质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过狭缝能通过狭缝P的带电粒子的速率等于的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小，粒子的荷质比越小D 自学教材自学教材 1构造构造 (1)核心部分：两个核心部分：两个D形盒，置于巨大磁形盒，置于巨大磁铁之间的真空容器中，如图铁之间的真空容器中，如图366所示。所示。 (2)粒子源：放于窄缝中心附近。粒子源：放于窄缝中心附近。 (3)磁场：方向垂直于金属盒底面。磁场：方向垂直于金属盒底面。 (4)电场：两盒分别接在周期性变化的电场：两盒分别接在周期性变化的 的两极的两极上，窄缝中形成方向可变的加速电场，方向垂直于窄缝。上，窄缝中形成方向可变的加速电场，方向垂直于窄缝。 图图366交变电源交变电源 2工作原理及工作过程工作原理及工作过程 (1)工作原理：利用电场对带电粒子的工作原理：利用电场对带电粒子的加速加速作用和磁场对作用和磁场对带电粒子的带电粒子的 作用，实现通过多次加速获得高能量的带电粒作用，实现通过多次加速获得高能量的带电粒子。子。 (2)工作过程：从位于两工作过程：从位于两D形盒的缝隙中央处的粒子源放射形盒的缝隙中央处的粒子源放射出的带电粒子，经两出的带电粒子，经两D形盒间的电场形盒间的电场 后，垂直磁场方向进后，垂直磁场方向进入某一入某一D形盒内，在洛伦兹力的作用下做形盒内，在洛伦兹力的作用下做 ，经磁，经磁场偏转半个周期后又回到缝隙。此时缝隙间的电场方向恰好改场偏转半个周期后又回到缝隙。此时缝隙间的电场方向恰好改变，带电粒子在缝隙中再一次被加速，以更大的速度进入另一变，带电粒子在缝隙中再一次被加速，以更大的速度进入另一D形盒做匀速圆周运动形盒做匀速圆周运动这样，带电粒子不断地被加速，直这样，带电粒子不断地被加速，直至带电粒子在至带电粒子在D形盒沿螺旋轨道逐渐趋于盒的边缘，达到预期形盒沿螺旋轨道逐渐趋于盒的边缘，达到预期的速率后，用特殊装置把它们引出。的速率后，用特殊装置把它们引出。偏转偏转加速加速匀速圆周运动匀速圆周运动 重点诠释重点诠释 3.(双选双选)1930年劳伦斯制成了世界上第一台年劳伦斯制成了世界上第一台 回旋加速器，其原理如图回旋加速器，其原理如图367所示。所示。 这台加速器由两个铜质这台加速器由两个铜质D形盒形盒D1、D2构成，构成， 其间留有空隙，下列说法正确的是其间留有空隙，下列说法正确的是() A离子由加速器的中心附近进入加速器离子由加速器的中心附近进入加速器 B离子由加速器的边缘进入加速器离子由加速器的边缘进入加速器 C离子从磁场中获得能量离子从磁场中获得能量 D离子从电场中获得能量离子从电场中获得能量图图367AD