資源簡介

1.4 質譜儀與回旋加速器
1.常見組合場元件
回旋加速器 1．加速條件： T電場 ＝T回旋＝。 2．磁場約束偏轉： qvB＝ v＝ 3．帶電粒子的最大速度 vmax＝，rD為 D形盒的半徑。粒子的最大速度 vmax 與加速 電壓 U無關。
質譜儀 ①加速電場： qU＝ m； ②偏轉磁場： qvB＝ ，l＝2r； 由以上兩式可得： r＝B (1) ， m＝q2 (r)U (2B2) ， m (q) ＝B2 (2)
速度選擇器、 平行板中勻強電場 E和勻強磁場 B互相垂直。E與 B的方向要匹配， 帶電粒子沿直線 勻速通過速度選擇器時有 qvB＝qE，故選擇速度： v＝
磁流體發電機 (1)電源正、負極判斷：根據左手定則可判斷出圖中的 B是發電機的正極。 (2)電源電動勢 U：當正、負離子所受電場力和洛倫茲力平衡時，兩極板間達到的最 (
l
。
)大電勢差為 U(即電源電動勢)，則 qU ＝qvB，即 U＝Blv (3)電源內阻： r= ρ 。 (4)回路電流： I＝ 。
【例題 1】 質譜儀是一種測定帶電粒子質量或分析同位素的重要設備,它的構造原
理圖如圖所示。離子源 S 產生的各種不同正離子束(速度可視為零),經 MN 間的加速電壓
U 加速后從小孔 S1 垂直于磁感線進入勻強磁場,運動半周后到達照相底片上的 P 點。設
P 到 S1 的距離為 x,則( )
A.若離子束是同位素,則 x 越大對應的離子質量越小
B.若離子束是同位素,則 x 越大對應的離子質量越大
C.只要 x 相同,對應的離子質量一定相同
D.只要 x 相同,對應的離子的電荷量一定相等
【例題 2】 (多選)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置,其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個 D
形金屬盒,兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場,使粒子在通過狹縫時都
能得到加速;兩 D 形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中,如圖所示。設 D
形盒半徑為 R,若用回旋加速器加速質子時,勻強磁場的磁感應強度為 B,高
頻交變電流頻率為 f,則下列說法正確的是( )
A.質子被加速后的最大速度不可能超過 2πfR
B.質子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小無關
C.只要 R 足夠大,質子的速度可以被加速到任意值
D.不改變 B 和 f,該回旋加速器也能用于加速α粒子
2.帶電粒子在組合場中的運動
【例題】 平面直角坐標系 xOy 中,第Ⅰ象限存在垂直于平面向里的勻強磁場,第Ⅲ象限存在沿 y 軸負方向的勻強電
場,如圖所示。一帶負電的粒子從電場中的 Q 點以速度 v0 沿 x 軸正方向開始運動。Q 點到 y 軸的距離為到 x 軸距離
的 2 倍。粒子從坐標原點 O 離開電場進入磁場,最終從 x 軸上的 P 點射
出磁場,P 點到 y 軸距離與 Q 點到 y 軸距離相等。不計粒子重力。
(1)求粒子到達 O 點時速度的大小和方向;
(2)求電場強度和磁感應強度的大小之比。
3.帶電粒子在疊加場中的運動分類
(1)靜止或勻速直線運動:當帶電粒子在疊加場中所受合外力為零時,將處于靜止狀態或勻速直線運動狀態.
問：疊加場中可以做加速或減速直線運動嗎？ 不可以！
(2)勻速圓周運動:當帶電粒子所受的重力與電場力大小相等、方向相反時,帶電粒子在洛倫茲力的作用下,在垂直于 勻強磁場的平面內做勻速圓周運動.
(3)一般的曲線運動:當帶電粒子所受合外力的大小和方向均變化,且與初速度方向不在同一條直線上時,粒子做非 勻變速曲線運動,這時粒子的運動軌跡既不是圓弧,也不是拋物線.
【例題 4】 如圖所示,空間中的勻強電場水平向右,勻強磁場垂直于紙面向里,一帶電微粒沿著直線從 M 運動到 N,以
下說法正確的是( )
A.帶電微粒可能帶負電
B.運動過程中帶電微粒的動能保持不變
C.運動過程中帶電微粒的電勢能增加
D.運動過程中帶電微粒的機械能守恒
【變式訓練 4】 已知質量為 m 的帶電液滴, 以速度 v 射入互相垂直的勻強電場 E 和勻強磁場 B 中,液滴在此空間剛
好能在豎直平面內做勻速圓周運動,如圖所示。
(1)液滴在空間受到幾個力的作用
(2)液滴所帶電荷量及電性如何
(3)液滴做勻速圓周運動的半徑為多大

展開更多......

收起↑