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(kāi),以便知道其中所含物質(zhì)的成分。利用所學(xué)的知識(shí),你能設(shè)計(jì)一個(gè)方案,以便分開(kāi)電荷量相同、質(zhì)量不同的帶電粒子嗎?
方案一:帶電粒子垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)
x方向:x=v0t由于時(shí)間不同,水平位移不同  
根據(jù)水平位移不同,區(qū)分質(zhì)荷比不同的粒子  
方案二:帶電粒子垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)
如果B、v相同,m不同,則r不同,這樣就可以把不同的粒子分開(kāi)。
阿斯頓設(shè)計(jì)了質(zhì)譜儀,并用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖-20和氖-22,證實(shí)了同位素的存在
要認(rèn)識(shí)原子內(nèi)部的情況,必須把核“打開(kāi)”進(jìn)行“觀(guān)察”,那該如何“打開(kāi)”呢?
如何生產(chǎn)作為“炮彈”的極高能量粒子呢?
電場(chǎng)做功,電勢(shì)能轉(zhuǎn)化為粒子動(dòng)能
因此需要設(shè)計(jì)占地小粒子加速器
1932年勞倫斯研制第一臺(tái)回旋加速器的D形室.此加速器可將質(zhì)子和氘核加速到1MeV的能量,人類(lèi)在獲得具有較高能量的粒子方面邁進(jìn)了一大步.為此1939年勞倫斯獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng).
1.電場(chǎng)加速:2.磁場(chǎng)約束偏轉(zhuǎn):3.加速條件:高頻電源的周期與帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)的周期相同,即 .4.最終能量: 要提高加速粒子的最終能量,應(yīng)盡可能地增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑R.
2、如圖所示,回旋加速器兩個(gè)D形金屬盒分別和一高頻交流電源兩極相接,兩D形金屬盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)方向垂直于兩D形金屬盒底面,磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,粒子源置于兩D形金屬盒的圓心附近。下列說(shuō)法正確的是( ?。〢.高頻交流電源的電壓越大,粒子打出回旋加速器的速度越大B.D形金屬盒半徑越大,粒子打出回旋加速器的速度越大C.粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期可以是高頻交流電周期的2倍D.粒子在回旋加速器中加速次數(shù)越多,粒子打出時(shí)的動(dòng)能越大
3、如圖所示是回旋加速器的示意圖,置于真空中的D型金屬盒的半徑為R兩D型盒接在高頻交流電源上磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與金屬盒的盒面垂直粒子經(jīng)過(guò)D1、D2狹縫間的電壓大小恒為U,若中心粒子源A處產(chǎn)生的質(zhì)量為m,電荷量為+q的粒子,可以被D1、D2狹縫間的電場(chǎng)不斷加速。帶電粒子的初速度為零,不考慮相對(duì)論效應(yīng),則下列說(shuō)法正確的是( ?。〢.粒子在回旋加速器中的加速次數(shù)與粒子的比荷成正比B.粒子在回旋加速器中相鄰軌道半徑之差保持不變C.帶電粒子在D2盒中第n個(gè)半圓的半徑是
D.若加速器的輸出端的等效電流是 ,則輸出平均功率是
2、如圖所示,沿直線(xiàn)通過(guò)速度選擇器的正離子A、B從狹縫S射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的磁場(chǎng)中,偏轉(zhuǎn)后出現(xiàn)的軌跡半徑之比為RA:RB=1:2,則( ?。〢.離子的電荷量之比qA:qB=1:2B.離子的速度之比vA:vB=1:1C.離子的質(zhì)量之比mA:mB=1:2 D.離子的荷質(zhì)比之比
3、質(zhì)譜儀是一種研究同位素的工具,如圖為倍恩勃立奇等設(shè)計(jì)的質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)示意圖。從離子源產(chǎn)生的同位素離子,經(jīng)過(guò)S2、S1之間的電壓U加速,穿過(guò)平行板P1、P2區(qū)間,從狹縫S0垂直射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),偏轉(zhuǎn)半周后打在照相底片上。不計(jì)離子重力。(1)若忽略某離子進(jìn)入狹縫S2時(shí)的速度,在底片上的落點(diǎn)到狹縫S0的距離為上,求該離子的比荷;(2)實(shí)際上,離子進(jìn)入S2時(shí)有不同的速度,為降低其影響,在P1、P2間加均垂直于連線(xiàn)S1S0、場(chǎng)強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)和磁感應(yīng)強(qiáng)度為B'的勻強(qiáng)磁場(chǎng),電場(chǎng)方向由P1指向P2,試指出磁場(chǎng)B'的方向。若帶電量為g的兩個(gè)同位素離子在底片上的落點(diǎn)相距△L,求它們的質(zhì)量差△m。
(2)磁場(chǎng)B′的方向應(yīng)垂直于紙面向外,要離子沿連線(xiàn)S1S0運(yùn)動(dòng),則有:qvB′=qE對(duì)兩個(gè)同位素離子,(設(shè)m1>m2),分別則有:
帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)
平行磁感線(xiàn)進(jìn)入:做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)
垂直磁感線(xiàn)進(jìn)入:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

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4 質(zhì)譜儀與回旋加速器

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