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2017-2018学年高中物理人教版选修3-1 专题九 带电粒子在组合场或叠加场中的运动

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一、质谱仪和回旋加速器

1.质谱仪


                                     图 1
(1)构造:如图    1 所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成.
                                     1
(2)原理:粒子由静止被加速电场加速,qU=2mv2.
                                    v2
粒子在磁场中做匀速圆周运动,有              qvB=m  r .
                 1 2mU      qr2B2  q  2U
由以上两式可得       r=B   q ,m=    2U ,m=B2r2.
2.回旋加速器


                                     图 2

(1)构造:如图    2 所示,D1、D2    是半圆形金属盒,D        形盒的缝隙处接交流电源,D             形盒处于
匀强磁场中.

(2)原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子经电场加速,经磁场回旋,由
     mv2         q2B2r2

qvB=  r ,得  Ekm=   2m  ,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度                 B 和 D 形盒半径     r 决
定,与加速电压无关.

[复习过关]

1.(多选)如图    3 甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图,其核心部分是两个                            D 形金

属盒.在加速带电粒子时,两金属盒置于匀强磁场中,两盒分别与高频电源相连.带电粒子

在磁场中运动的动能         Ek 随时间  t 的变化规律如图乙所示,忽略带电粒子在电场中的加速时
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间,则下列判断正确的是(  )


                                     图 3

A.在   Ek-t 图中应有    t4-t3=t3-t2=t2-t1

B.高频电源的变化周期应该等于              tn-tn-1
C.粒子加速次数越多,粒子最大动能一定越大
D.要想粒子获得的最大动能越大,可增加                  D 形盒的面积
答案 AD

解析 带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度大小无关,因此,在                                 Ek-t 图中

应有  t4-t3=t3-t2=t2-t1,选项   A 正确;带电粒子在回旋加速器中每运行一周加速两次,

                                                   mv   2mEk
                                                   qB    qB
高频电源的变化周期应该等于            2(tn-tn-1),选项  B 错;由   r=    =      可知,粒子获得的

最大动能取决于       D 形盒的半径,当轨道半径与            D 形盒半径相等时就不能继续加速,故选项

C 错,D  对.

2.如图   4 所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图.速度选择器(也称滤速器)中场

强 E 的方向竖直向下,磁感应强度             B1 的方向垂直纸面向里,分离器中磁感应强度                 B2 的方向

垂直纸面向外.在        S 处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于                  E 和 B1 入射到速度选择器

中,若   m 甲=m  乙
	
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