带电粒子在磁场中运动的应用分解.ppt

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1、1应用一：质谱仪类问题质谱仪的工作原理，通过对微观带电粒子在电磁场中的运动规律的测量来得到微观粒子的质量。带电粒子在电场中受到库仑力，在磁场中受到洛仑兹力。由于力的作用，微观粒子会具有加速度，以及与加速度对应的运动轨迹。微观粒子质量不同时，加速度以及运动轨迹就会不同。通过对微观粒子运动情况的研究，可以测定微观粒子的质量或比荷。2一、单聚焦质谱仪质量分析器原理在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；离心力=向心力；m2/R=BeV曲率半径：R=（m）/eB质谱方程式：m/e=(B2R2)/2V离子在磁场中的轨道半径R取决于：m/e、B、V改变加速电压V,可以使不同m/e的离子进入检

2、测器。质谱分辨率=M/M（分辨率与选定分子质量有关）加速后离子的动能:(1/2)m2=eV=[(2V)/(m/e)]1/2①单聚焦磁场分析器收集器离子源BS1S2磁场R方向聚焦；相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；分辨率不高原理与结构电离室原理与结构仪器原理图62．班布瑞基质谱仪7例1-1.如图是一个质谱仪原理图，加速电场的电压为U，速度选择器中的电场为E，磁场为B1，偏转磁场为B2，一电荷量为q的粒子在加速电场中加速后进入速度选择器，刚好能从速度选择器进入偏转磁场做圆周运动，测得直径为d，求粒子的质量。不考虑粒子的初速度。8二、双聚焦质谱仪所谓双聚焦质量分析器是指分析器同时

3、实现能量（或速度）聚焦和方向聚焦。是由扇形静电场分析器置于离子源和扇形磁场分析器组成。电场力提供能量聚焦，磁场提供方向聚焦。9例1-3如图为一种质谱仪示意图，由加速电场U、静电分析器E和磁分析器B组成。若静电分析器通道半径为R，均匀辐射方向上的电场强度为E，试计算：（1）为了使电荷量为q、质量为m的离子，从静止开始经加速后通过静电分析器E，加速电场的电压应是多大？（2）离子进入磁分析器后，打在核乳片上的位置A距入射点O多远？双聚焦分析器离子源收集器磁场电场S1S2+-方向聚焦：相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；能量聚焦：相同质荷比，速度(能量)不同的离子会聚；质量相同，能量不同的

4、离子通过电场和磁场时，均产生能量色散；两种作用大小相等，方向相反时互补实现双聚焦；应用二：回旋加速器早在1932年，美国物理学家劳伦斯就发明了这种装置——回旋加速器。从而使人类在获得较高能量的粒子方面迈了一大步，为此，劳伦获得了诺贝尔物理奖。1、工作原理：①磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场时，只在洛伦磁力作用下做匀速圆周运动，其中周期和角速率与半径无关，使带电粒子每次进入D形盒中都能运动相等时间（半个周期）后，平行于电场方向进入电场中加速。②电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两个D形盒直径的匀强电场，加速就是在这个区域完成

5、的。2、周期关系：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使之能量不断提高，要在狭缝处加一个与圆周运动周期相同的交变电压。3、粒子所能获得的最大速度离子加速后，从D形盒射出时的能量达到最大，粒子做最后一圈圆周运动的半径就等于D形盒的半径R可见，带电粒子获得的最大能量与D形盒半径有关4、带电粒子在回旋加速器中运动的时间5、回旋加速器不能无限提高粒子的能量？答：据相对论理论知识，粒子速度被加速到接近光速，质量明显增强，周期T＝2лm/qB也增加，破坏了回旋加速器的同步条件。++++++++v应用三：速度选择器速度选择器可能情况—+BEv=E/Bv>E/BFfFf当F>f时，Eq>Bqv

6、即：vE/B时，粒子作曲线运动。v

7、的磁场B1=0.40T，电场E=1.00×105N/C；偏转分离器中的匀强磁场B2=0.50T。现有带一个基元电荷电量的两种铜离子，在感光底片上得到两个感光点A1、A2，测得SA1=0.658m，SA2=0.679m。求两种铜离子的质量数。（已知e=1.60×10-19C，mp=1.67×10-27kg）应用四：磁流体发电例4-1、目前世界上正在研究的一种新型发电机叫做磁流体发电机。这种发电机与一般发电机不同，它可以直接把内能转化为电能，它的发电原理是：将一束等离子体