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(共17張PPT)
1.4 質譜儀與回旋加速器
怎么分開電荷量相同，但質量不同的帶電粒子？
質譜儀
阿斯頓
一、質譜儀
一、質譜儀
粒子源
加速電場U
偏轉磁場B
照相底片
2.原理：
在電場中加速
在磁場中偏轉
質譜線或譜線
則比荷
質量
3.用途：
1.構造：
測量帶電粒子的比荷、質量；
分析同位素
1.(多選)利用質譜儀可以分析碘的各種同位素。如圖所示，電荷量相同的帶正電的131I與127I從容器A下方的小孔S1進入加速電場(初速度不計)，經電場加速后從小孔S2射出，進入垂直紙面的勻強磁場中，最后打在照相底片D上。下列說法正確的是（ ）
A.磁場的方向垂直紙面向里
B.打在b處的是127I
C.127I在磁場中運動速度更大
D.131I在磁場中運動時間更長
CD
2.質譜儀的原理圖如圖所示，由加速電場、速度選擇器和偏轉磁場組成。在速度選擇器中存在相互垂直的勻強電場和勻強磁場(圖中未畫出)。偏轉磁場是一個以直線MN為邊界、方向垂直紙面向外、磁感應強度大小為B2的勻強磁場。一電荷量為q、質量為m的帶正電的粒子從靜止開始經過加速電場后，進入速度選擇器，并能沿直線穿過速度選擇器，從A點垂直MN進入偏轉磁場。帶電粒子經偏轉磁場后，最終到達照相底片的C點。已知速度選擇器中的電場方向水平向右、電場強度大小為E，A點到C點的距離為x，
帶電粒子所受的重力可忽略不計。求：
(1)粒子進入偏轉磁場的速度大小v；
(2)速度選擇器中勻強磁場的磁感應強度B1的大小和方向；
(3)加速電場的電勢差U。
直線加速器
0
1
2
3
4
5
6
7
8
交變電壓
加速電場
斯坦福大學加速器
北京正負電子對撞機
直線加速器占地空間非常大，有的長達幾十千米，坐落在兩個城市之間
歐內斯特·勞倫斯與他自己發明的回旋加速器
二、回旋加速器
二、回旋加速器
1.構造：
二、回旋加速器
1.構造：
2.原理：
（1）粒子經電場加速，經磁場回旋
（2）加速條件：
交流電源的周期等于粒子做圓周運動的周期
一個周期內，粒子加速 次
二、回旋加速器
1.構造：
2.原理：
（3）最大動能：
若D形盒半徑為R
對某種粒子q、m一定，粒子獲得的最大動能由磁感應強度B和回旋加速器的半徑R決定，與加速度電壓的大小無關。
二、回旋加速器
1.構造：
2.原理：
（4）加速次數：
（5）運動時間：
加速時間：
回旋時間：
回旋加速器不可無限加速。
粒子速度v接近光速c時，質量變大，在磁場中運動周期改變，與交變電場周期不同步。
只要不斷增大回旋加速器的半徑R，就能不斷提高粒子獲得的速度嗎？
實際上，回旋加速器加速的帶電粒子，能量達到25~30MeV后，就很難再加速了
3.某小型醫用回旋加速器，最大回旋半徑為0.5 m，磁感應強度大小為1.12 T，質子加速后獲得的最大動能為1.5×107 eV。根據給出的數據，可計算質子經該回旋加速器加速后的最大速率約為（ ）
(忽略相對論效應，1 eV＝1.6×10－19 J)
A.3.6×106 m/s　　　B.1.2×107 m/s
C.5.4×107 m/s　　　D.2.4×108 m/s
C
4.(多選)如圖所示為回旋加速器示意圖，利用回旋加速器對粒子(電荷量和質子相等，質量為質子的2倍)進行加速，此時D形盒中的磁場的磁感應強度大小為B，D形盒縫隙間電場變化周期為T。忽略粒子在D形盒縫隙間的運動時間和相對論效應，下列說法正確的是( )
A.保持B和T不變，該回旋加速器可以加速質子
B.僅將磁場的磁感應強度變為2倍，該回旋加速器仍可加速粒子
C.保持B和T不變，該回旋加速器可以加速粒子(電荷量為質子
的2倍，質量為質子的4倍)，加速后粒子的最大動能是粒子最大動能的2倍
D.保持B和T不變，該回旋加速器可以加速粒子(電荷量為質子的2倍，質量
為質子的4倍)，且粒子在回旋加速器中運動的時間與粒子的運動時間相等
CD
5.回旋加速器是用來加速一群帶電粒子使它們獲得很大動能的儀器，其核心部分是兩個D形金屬盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒內的窄縫中形成勻強電場，使粒子每次穿過窄縫時都能被加速，加速電壓大小始終為U，兩盒放在磁感應強度為B的勻強磁場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子電荷量為q，質量為m，粒子最大回旋半徑為Rmax。求：
(1)所加交流電源頻率；
(2)粒子離開加速器時的最大動能；
(3)粒子被加速次數；
(4)若帶電粒子在電場中加速的加速度大小恒為a，粒子在電場中加速的總時間。
一、質譜儀
由：
得：
二、回旋加速器
1.條件：
2.粒子能量：
=

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