质谱仪和回旋加速器

沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子，在 匀强磁场中做匀速圆周运动。
1、轨道半径 r mv
qB
2、运行周期 T 2r 2m
v qB
V
-

F洛




（周期跟轨道半径和运动 速率均无关）
① ②
1.两个相同的粒子， 速度大小不同，轨迹 如图所示。试分析两 轨迹对应粒子速度的 大小关系
思考：
1.如图，带点粒子沿磁感线 进入磁场（v∥B），则它在 磁场中怎样运动呢？
-
v
B
匀速直线运动
2.带点粒子垂直于磁感线进 入磁场（v⊥B），则它在磁 场中怎样运动呢？
匀速圆周运动
× × ×B× ×
×××××
×
×× +
×
v×
×ห้องสมุดไป่ตู้×××
×××××
3.粒子运动方向与磁场有一 夹角，则它在磁场中怎样运 动呢？
等距螺旋运动
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
沿着与磁场垂直的方向射入磁场的带电粒子， 在匀强磁场中做匀速圆周运动。
1、轨道半径
V
带电粒子只受洛伦兹力，作圆 - F洛 周运动，洛伦兹力提供向心力：

qvB m v2 r
解得：r mv qB
一、带电粒子在匀强磁场中的运动
×××××
理论分析： （1）当v⊥B 时 ，洛伦兹力的方向与速度方向的关系?粒子运动 的轨迹平面有何特点？
（2）带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，粒子的速率变化么？
（3）洛伦兹力在粒子运动过程中如何变化？


q
-



o


问题讨论一：带点粒子在匀强磁场中的运动情况
三、回旋加速器
原理：电场使粒子加速，磁场使粒子回旋。
回旋周期：T

2πm Bq
，与半径、速度的大小无关。
离盒时粒子的最大动能：与加速电压无关，由半径决定。
v qBR0 m
Ek

1 2
mv2
Ek

q2 B2 R02 2m
2.比较它们的周期大小
二、质谱仪
s1
s2
照相底片
. . . . ... . .. . . . . .. . s3 ................ .............
.........
质谱仪的示意图
质谱仪是一种分析同 位素、测定带电粒子 比荷及测定带电粒子 质量的重要工具。
利用电场 加速
利用磁场 偏转
3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动
问题讨论一：带点粒子在匀强磁场中的运动情况
思考：
1.如图，带点粒子沿磁感线 进入磁场（v∥B），则它在 磁场中怎样运动呢？
匀速直线运动
2.若带点粒子垂直于磁感线 进入磁场（v⊥B），则它在 磁场中怎样运动呢？
-
v
B
× × ×B× ×
×××××
×
×× +
×
v×
×××××
使带电粒子的动能增加，qU=Ek．
2.直线加速器，多级加速 如图所示是多级加速装置的原理图：
3.困难：技术上不能产生过高电压；加速设备长。
三、回旋加速器
（一）直线加速器 （二）回旋加速器
解决上述困难 的一个途径是把加 速电场“卷起来”， 用磁场控制轨迹， 用电场进行加速。
NN
D2
O
~
D1
B
S
回旋加速器原理图
v 2qU m
偏转：r mv
qB
r 1 2mU Bq
质谱仪最初是由汤姆生的学生阿斯顿设计 的，他用质谱仪发现了氖20和氖22，证实 了同位素的存在。现在质谱仪已经是一种 十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量 和分析同位素的重要工具。
三、回旋加速器 （一）直线加速器
1.加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功