1、關于質譜儀和回旋加速器 (2)第一頁，共14頁幻燈片問題討論一：帶點粒子在勻強磁場中的運動情況問題討論一：帶點粒子在勻強磁場中的運動情況 - B v + + v B 思考：思考：1.1.如圖，帶點粒子沿磁感線進如圖，帶點粒子沿磁感線進入磁場（入磁場（vBvB），則它在磁場中），則它在磁場中怎樣運動呢？怎樣運動呢？2.2.若帶點粒子垂直于磁感線進若帶點粒子垂直于磁感線進入磁場（入磁場（vBvB），則它在磁場），則它在磁場中怎樣運動呢？中怎樣運動呢？勻速直線運動勻速直線運動第二頁，共14頁幻燈片（1 1）當）當v vB B 時時 ，洛倫茲力的方向與速度方向的關系，洛倫茲力的方向與速度方向的關系?

2、?粒子運動的粒子運動的軌軌跡平面跡平面有何特點？有何特點？（2 2）帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒子的速率變化么？）帶電粒子僅在洛倫茲力的作用下，粒子的速率變化么？（3 3）洛倫茲力在粒子運動過程中如何變化？）洛倫茲力在粒子運動過程中如何變化？理論分析：理論分析：o o q qvFB-第三頁，共14頁幻燈片問題討論一：帶點粒子在勻強磁場中的運動情況問題討論一：帶點粒子在勻強磁場中的運動情況 - B v + + v B 思考：思考：1.1.如圖，帶點粒子沿磁感線如圖，帶點粒子沿磁感線進入磁場（進入磁場（vBvB），則它在），則它在磁場中怎樣運動呢？磁場中怎樣運動呢？2.2.帶點粒子垂直于磁感線

3、進帶點粒子垂直于磁感線進入磁場（入磁場（vBvB），則它在磁場），則它在磁場中怎樣運動呢？中怎樣運動呢？3.3.粒子運動方向與磁場有一夾粒子運動方向與磁場有一夾角，則它在磁場中怎樣運動呢角，則它在磁場中怎樣運動呢？勻速直線運動勻速直線運動勻速圓周運動勻速圓周運動等距螺旋運動等距螺旋運動第四頁，共14頁幻燈片一、帶電粒子在勻強磁場中的運動一、帶電粒子在勻強磁場中的運動 沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強磁場中做勻速圓周運動。在勻強磁場中做勻速圓周運動。1 1、軌道半徑、軌道半徑帶電粒子只受洛倫茲力，作圓周帶電粒子只受洛倫茲力，作圓周運動，洛倫茲

4、力提供向心力：運動，洛倫茲力提供向心力：rvmqvB2qBmvr 解得解得：第五頁，共14頁幻燈片一、帶電粒子在勻強磁場中的運動一、帶電粒子在勻強磁場中的運動 沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強沿著與磁場垂直的方向射入磁場的帶電粒子，在勻強磁場中做勻速圓周運動。磁場中做勻速圓周運動。1 1、軌道半徑、軌道半徑qBmvr 2 2、運行周期、運行周期qBmvrT22（周期跟軌道半徑和運動速（周期跟軌道半徑和運動速率均無關）率均無關）第六頁，共14頁幻燈片1.1.兩個相同的粒子兩個相同的粒子，速度大小不同，軌跡如速度大小不同，軌跡如圖所示。試分析兩軌跡圖所示。試分析兩軌跡對應粒子速度的大

5、小關對應粒子速度的大小關系系2.2.比較它們的周期大小比較它們的周期大小第七頁，共14頁幻燈片.2s3s1s照相底片照相底片質譜儀的示意圖質譜儀的示意圖二、質譜儀二、質譜儀利用電場利用電場加速加速利用磁場利用磁場偏轉偏轉質譜儀是一種分析同質譜儀是一種分析同位素、測定帶電粒子位素、測定帶電粒子比荷及測定帶電粒子比荷及測定帶電粒子質量的重要工具。質量的重要工具。第八頁，共14頁幻燈片212qUmv加速：mqUv2qmUBr21偏轉：qBmvr 質譜儀質譜儀最初是由湯姆生的學生阿斯頓設計最初是由湯姆生的學生阿斯頓設計的，他用質譜儀發現了氖的，他用質譜儀發現了氖2020和氖和氖2222，證實了，證實了

6、同位素的存在。現在質譜儀已經是一種十分精同位素的存在。現在質譜儀已經是一種十分精密的儀器，是密的儀器，是測量帶電粒子的質量測量帶電粒子的質量和和分析同分析同位素位素的重要工具。的重要工具。第九頁，共14頁幻燈片第十頁，共14頁幻燈片三、回旋加速器三、回旋加速器1.1.加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶加速原理：利用加速電場對帶電粒子做正功使帶電粒子的動能增加，電粒子的動能增加，qU=qU= E Ek k2.2.直線加速器，多級加速直線加速器，多級加速 如圖所示是多級加速裝置的原理圖：如圖所示是多級加速裝置的原理圖：3.3.困難：技術上不能產生過高電壓；加速設備長。困難：技術上不能產生過高電壓；加速設備長。第十一頁，共14頁幻燈片三、回旋加速器三、回旋加速器 解決上述困難的解決上述困難的一個途徑是把加速一個途