帶電粒子在磁場中的運動第4課時組合場

1、4課時 帶電粒子在組合場中的運動組合場的定義：處于不同空間區(qū)域的電場、磁場拼接在一起。1應用1：質譜儀如圖，一質量為m，電荷量為q的粒子，從小孔A飄入電壓為U的加速電場，然后垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場中做勻速圓周運動，最后打到照相底片D上。問：（1）粒子在S1,S2,S3區(qū)域中分別做什么運動？DS1S2S3BD（2）粒子進入磁場時的速率？（3）粒子在磁場中運動的軌道半徑？22.質譜儀的工作原理：電荷量相同而質量有所差別的粒子，它們進入磁場后將沿著不同的半徑做圓周運動，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干普現(xiàn)狀的線條，叫質譜線。每一條譜線對應于一定的質量。從譜線的位置可以知道圓周的半徑

2、r，如果再已知帶電粒子的電荷量q，就可以算出帶電粒子的質量。3.質譜儀的用途：測量帶電粒子的質量 分析同位素3練習：A、B是兩種同位素的原子核，他們具有相同的電荷、不同的質量。為測定它們的質量比，使它們從質譜儀的同一加速電場由靜止開始加速，然后沿著與磁場垂直的方向進入同一勻強磁場，打到照相底片上。如果從底片上獲知A、B在磁場中運動軌跡的直徑之比是1.08：1，求A、B的質量之比。4應用2：回旋加速器 5 練習：回旋加速器中磁場的磁感應強度為B，D形盒的直徑為d，用該回旋加速器加速質量為m、電量為q的粒子，設粒子加速前的初速度為零。求：（1） 粒子的回轉周期是多大？（2）高頻電極的周期為多大？（

3、3） 粒子的最大速度最大動能各是多大？（4） 粒子在同一個D形盒中相鄰兩條軌道半徑之比6在磁場中做圓周運動,周期不變每一個周期加速兩次電場的周期與粒子在磁場中做圓周運動周期相同電場一個周期中方向變化兩次粒子加速的最大速度由盒的半徑?jīng)Q定電場加速過程中,時間極短,可忽略結論7練習：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兩極連接的D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的勻強電場，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面的勻強磁場中如圖。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，高頻交流電頻率為f。則下列說法正確的是（ ） A質子

4、被加速后的最大速度不可能超過2fRB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粒子8例1.（04天津）釷核發(fā)生衰變生成鐳核并放出一個粒子。設該粒子的質量為m、電荷量為q，它進入電勢差為U的帶窄縫的平行平板電極之間的電場速度為v0，經(jīng)電場加速后，沿虛線方向進入磁感應強度為B、方向垂直紙面向外的有界勻強磁場，當粒子從p點離開磁場時，其速度方向與入射方向的夾角如圖所示，整個裝置處于真空中。（1）求粒子在磁場中沿圓弧運動的軌道半徑R；（2）求粒子在磁場中運動所用時間。一、電場中的直線運動與磁場中國的圓周運動的組合9

5、例2：電視機的顯像管中，電子束的偏轉是用磁偏轉技術實現(xiàn)的。電子束經(jīng)過電壓為U的加速電場后，進入一圓形勻強磁場區(qū)，如圖所示。磁場方向垂直于圓面。磁場區(qū)的中心為O，半徑為r。當不加磁場時，電子束將通過O點打到屏幕的中心M點。為了讓電子束射到屏幕邊緣P，需要加磁場，使電子束偏轉一已知角度，此時磁場的磁感應強度B應為多少？10例3(2004川鄂湘吉理綜，24)如圖所示，在y0的空間中存在勻強電場，場強沿y軸負方向；在yE/B 時，粒子向上偏轉；（2）當vE/B時，粒子向下偏轉。 +-vqvBqE16例2：如圖，一質量為m，電荷量為q的粒子，從小孔A飄入電壓為U的加速電場，然后垂直進入磁感應強度為B的勻

6、強磁場中做勻速圓周運動，最后打到照相底片D上。問：（1）粒子在S1,S2,S3區(qū)域中分別做什么運動？DS1S2S3BD（2）粒子進入磁場時的速率？（3）粒子在磁場中運動的軌道半徑？17 分析與解答：粒子進入加速電場的速率很小，可認為等零。由由S1S2S3BD18二、質譜儀、電場能使帶電粒子加速，又能使帶電粒子偏轉；磁場雖不能使帶電粒子速率變化，但能使帶電粒子發(fā)生偏轉、質譜儀：利用磁場對帶電粒子的偏轉，由帶電粒子的電荷量，軌道半徑確定其質量的儀器，叫做、質譜儀的構造帶電粒子注入器加速電場（U）速度選擇器（E, B1）偏轉磁場（B2）照相底片質譜儀194、質譜儀是測量帶電粒子質量和分析同位素的重要工具推導（可見質量和直徑 一 一對應。）20直線加速器粒子在每個加速電場中的運動時間相等，因為交變電壓的變化周期相同213、回旋加速器 2223回旋加速器兩D形盒中有勻強磁場無電場，盒間縫隙有交變電場。電場使粒子加速，磁場使粒子回旋。粒子回旋的周期不隨半徑改變。讓電場方向變化的周期與粒子回旋的周期一致，從而保證粒子始終被加速。24 練習：回旋加速器中磁場的磁感應強度為B，D形盒的直徑為d，用該回旋加速器