高中物理培优讲义 选修第二册：质谱仪与回旋加速器 提升版.pdfVIP

质谱仪与回旋加速器

知识点：质谱仪与回旋加速器

一、质谱仪

1．质谱仪构造：主要构件有加速电场、偏转磁场和照相底片．

2．运动过程(如图)

1

2

(1)带电粒子经过电压为U的加速电场加速，qU＝mv.

2

mv12mU

(2)垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做匀速圆周运动，r＝，可得r＝.

qBBq

3．分析：从粒子打在底片D上的位置可以测出圆周的半径r，进而可以算出粒子的比荷．

二、回旋加速器

1．回旋加速器的构造：两个D形盒，两D形盒接交流电源，D形盒处于垂直于D形盒的

匀强磁场中，如图.

2．工作原理

(1)电场的特点及作用

特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的电场．

作用：带电粒子经过该区域时被加速．

(2)磁场的特点及作用

特点：D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中．

作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，从而改变运动方向，半个圆周后再次进

入电场．

技巧点拨

一、质谱仪

1．加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得

1

2

qU＝mv①

2

2．偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得qvB

2

v

＝m②

r

q12mU

3．由①②两式可以求出粒子运动轨迹的半径r、质量m、比荷等．由r＝可知，

mBq

电荷量相同时，半径将随质量的变化而变化．

二、回旋加速器

回旋加速器两D形盒之间有窄缝，中心附近放置粒子源(如质子、氘核或α粒子源)，D形盒

间接上交流电源，在狭缝中形成一个交变电场．D形盒上有垂直盒面的匀强磁场(如图所示)．

(1)电场的特点及作用

特点：周期性变化，其周期等于粒子在磁场中做圆周运动的周期．

作用：对带电粒子加速，粒子的动能增大，qU＝ΔE.

k

(2)磁场的作用

改变粒子的运动方向．

2

v

粒子在一个D形盒中运动半个周期，运动至狭缝进入电场被加速．磁场中qvB＝m，r＝

r

mv

∝，因此加速后的轨迹半径要大于加速前的轨迹半径．

v

qB

(3)粒子获得的最大动能

mvqBR

若D形盒的最大半径为R，磁感应强度为B，由r＝得粒子获得的最大速度＝，最

vm