1、帶電粒子的磁場中勻速圓周運動的產(chǎn)生條件：
粒子垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場
粒子只受洛倫茲力
2、規(guī)律：
洛倫茲力充當(dāng)向心力
3、重要結(jié)論：
在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中，常需要將一束帶等量電荷的粒子分開，以便知道其中所含物質(zhì)的成分。利用所學(xué)的知識，你能設(shè)計一個方案，以便分開電荷量相同、質(zhì)量不同的帶電粒子嗎？
質(zhì)譜儀是科學(xué)研究中用來分析同位素和測量帶電粒子質(zhì)量的重要工具。
2. 質(zhì)譜儀的構(gòu)造
質(zhì)譜儀主要由以下幾部分組成： ① 帶電粒子注入器 ② 加速電場 ( U ) ③ 速度選擇器 ( B1、E ) ④ 偏轉(zhuǎn)磁場 ( B2) ⑤ 照相底片
3. 質(zhì)譜儀的工作原理
（4）在偏轉(zhuǎn)電場中，帶電粒子的偏轉(zhuǎn)距離為 x = 2 r
（5）聯(lián)立以上各式可得粒子的比荷和質(zhì)量分別為
（6）由粒子質(zhì)量公式可知，如果帶電粒子的電荷量相同，質(zhì)量有微小差別，就會打在照相底片上的不同位置，出現(xiàn)一系列的譜線，不同質(zhì)量對應(yīng)著不同的譜線，叫作質(zhì)譜線。
例.（多選）如圖所示是質(zhì)譜議的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為B和E。平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。平板S下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場。下列表述正確的是（ ） A．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具 B．速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向外 C．能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/B D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫 P ，粒子的荷質(zhì)比越小
例. 質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。今有一質(zhì)量為m、電荷量為＋e的正電子(不計重力)，經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做半徑為R的勻速圓周運動。求：（1）粒子射出加速器時的速度v為多少？（2）速度選擇器的電壓U2為多少？（3）粒子在B2磁場中做勻速圓周運動的半徑R為多大？
在圖 1.4-2 所示的多級加速器中，各加速區(qū)的兩板之間用獨立電源供電，所以粒子從 P2 飛向 P3、從 P4 飛向P5……時不會減速。由于粒子在加速過程中的徑跡為直線，要得到較高動能的粒子，其加速裝置要很長。
要認(rèn)識原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開”進(jìn)行“觀察”。然而，原子核被強(qiáng)大的核力約束，只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊，才能把它“打開”。產(chǎn)生這些高能“炮彈”的“工廠”就是各種各樣的粒子加速器
1. 回旋加速器的發(fā)明
1932 年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，實現(xiàn)了在較小的空間范圍內(nèi)對帶電粒子進(jìn)行多級加速。
2. 回旋加速器的工作原理
利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子，這些過程在回旋加速器的核心部件 —— 兩個 D 形盒和其間的窄縫內(nèi)完成。
（1）磁場的作用 帶電粒子以某一速度垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后，在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，其周期與速率、半徑均無關(guān)（ ），帶電粒子每次進(jìn)入 D 形盒都運動相等的時間（半個周期）后平行電場方向進(jìn)入電場中加速。（2）電場的作用 回旋加速器兩個 D 形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩 D 形盒正對截面的勻強(qiáng)電場，帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時被加速。
（3）交變電場的作用及變化周期為保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時都被加速，使之能量不斷提高，需在窄縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在 D 形盒中運動周期相同（ ）的交變電壓。（4）帶電粒子的軌跡特點粒子每經(jīng)過一次加速，其軌道半徑就大一些，但粒子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運動的周期不變。（5）因為兩個D形盒之間的窄縫很小，所以帶電粒子在電場中的加速時間可以忽略不計。
2. 回旋加速器的工作原理
3. 帶電粒子的最終能量
當(dāng)帶電粒子的速度最大時，其運動半徑也最大，由
若 D 形盒半徑為R，
則帶電粒子的最終動能
可見，帶電粒子經(jīng)回旋加速器加速后的最終能量與加速電壓無關(guān)，只與磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 和 D 形盒半徑 R 有關(guān)。
例.（多選）1932年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是(　 　 )A．帶電粒子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B．帶電粒子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C．電場使帶電粒子加速，磁場使帶電粒子旋轉(zhuǎn)D．離子從D形盒射出時的動能與加速電場的電壓無關(guān)
例.（多選）如圖是醫(yī)用回旋加速器示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中，并分別與高頻電源相連?，F(xiàn)分別加速氘核(H)和氦核(He)。下列說法中正確的是(　　 ) A．它們的最大速度相同B．它們的最大動能相同C．它們在D形盒中運動的周期相同D．僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動能
帶電粒子在復(fù)合場中的運動實例
(1)結(jié)構(gòu)：如圖所示，圓形導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，導(dǎo)電液體在管中向左流動，導(dǎo)電液體中的自由電荷(正、負(fù)離子)在洛倫茲力的作用下橫向偏轉(zhuǎn)，a、b間出現(xiàn)電勢差，形成電場．
(2)原理：當(dāng)自由電荷所受的電場力和洛倫茲力平衡時，a、b間的電勢差就保持穩(wěn)定，即：
(1)定義：在勻強(qiáng)磁場中放置一個矩形截面的載流導(dǎo)體，當(dāng)磁場方向與電流方向垂直時，導(dǎo)體在與磁場、電流方向都垂直的方向上出現(xiàn)了電勢差，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應(yīng)，所產(chǎn)生的電勢差稱為霍爾電勢差（霍爾電壓），其原理如圖所示．
實驗表明，當(dāng)磁場不太強(qiáng)時，電勢差U、電流I和B的關(guān)系為
式中的比例系數(shù)k稱為霍爾系數(shù)．
(2)電勢高低的判斷：如圖，金屬導(dǎo)體中的電流I向右時，根據(jù)左手定則可得，金屬中的自由電子受到的洛倫茲力方向向上，電子在上表面聚集，因此下表面A′的電勢高。
(3)霍爾電壓的推導(dǎo)：導(dǎo)體中的自由電荷(電子)在洛倫茲力作用下偏轉(zhuǎn)，A、A′間出現(xiàn)電勢差，當(dāng)自由電荷所受靜電力和洛倫茲力平衡時，A、A′間的電勢差(U)就保持穩(wěn)定
I＝nqvS，S＝hd聯(lián)立得
1、如圖所示是質(zhì)譜儀的示意圖。已知速度選擇器中的磁場B1=0.40T，電場E=1.00×105N/C；偏轉(zhuǎn)分離器中的勻強(qiáng)磁場B2=0.50T?，F(xiàn)有帶一個基元電荷電量的兩種銅離子，在感光底片上得到兩個感光點A1、A2，測得SA1=0.658m，SA2=0.679m。求兩種銅離子的質(zhì)量數(shù)。（已知e=1.60×10-19C，mp=1.67×10-27kg）
2、回旋加速器是用來加速帶電粒子使它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連，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場，使粒子每次穿過窄縫都得到加速，兩盒放在勻強(qiáng)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(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，其運動軌跡如圖所示，問：
(1)盒中有無電場？(2)粒子在盒內(nèi)做何種運動？(3)所加交流電頻率應(yīng)是多大，粒子角速度為多大？(4)粒子離開加速器時速度是多大，最大動能為多少？(5)設(shè)兩D形盒間電場的電勢差為U，求加速到上述能量所需的時間．(不計粒子在電場中運動的時間)

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