【圖文】回旋加速器和質(zhì)譜儀

1、 例4：串列加速器是用來(lái)產(chǎn)生高能離子的裝置。圖中虛線框內(nèi)為其主 ：串列加速器是用來(lái)產(chǎn)生高能離子的裝置。 體的原理示意圖，其中加速管的中部b處有很高的正電勢(shì) 處有很高的正電勢(shì)U， 、 兩端均 體的原理示意圖，其中加速管的中部 處有很高的正電勢(shì) ，a、c兩端均 有電極接地（電勢(shì)為零）?，F(xiàn)將速度很低的負(fù)一價(jià)碳離子從a端輸入 ）?，F(xiàn)將速度很低的負(fù)一價(jià)碳離子從 端輸入， 有電極接地（電勢(shì)為零）?，F(xiàn)將速度很低的負(fù)一價(jià)碳離子從 端輸入，當(dāng) 處時(shí)， 處的特殊裝置將其電子剝離，成為n價(jià)正離 離子到達(dá)處時(shí)，可被設(shè)在處的特殊裝置將其電子剝離，成為 價(jià)正離 而不改變其速度大小。這些正n價(jià)碳離子從 價(jià)碳離子從c端飛出后

2、進(jìn)入一與其速 子，而不改變其速度大小。這些正 價(jià)碳離子從 端飛出后進(jìn)入一與其速 度方向垂直的、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中 在磁場(chǎng)中做半徑為R的圓 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中， 度方向垂直的、磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在磁場(chǎng)中做半徑為 的圓 周運(yùn)動(dòng)。已知碳離子的質(zhì)量為m=2.0×10-26kg，U=7.5×105V，B=0.50T， 周運(yùn)動(dòng)。已知碳離子的質(zhì)量為 × ， × ， ， n=2，基元電荷 ，基元電荷e=1.6×10-19C，求R。 × ， 。 加速管 解：設(shè)碳離子到達(dá)b處時(shí)的速度為v1 加速管b a 從c端射出時(shí)的速度為v2， a b 由

3、能量關(guān)系得： mv12/2=eU， mv22/2= mv12/2+neU， 加速管 加速管 進(jìn)入磁場(chǎng)后，碳離子做圓周運(yùn)動(dòng)， R=mv2/Bne，得 c C 1 R= Bn 2mU (n + 1 = 0.75m e 例5： 如圖，兩個(gè)共軸的圓筒形金屬電極，外電極接地，其上均勻分 ： 如圖，兩個(gè)共軸的圓筒形金屬電極，外電極接地， 布著平行于軸線的四條狹縫、 ，外筒的外半徑為 、和 外筒的外半徑為 布著平行于軸線的四條狹縫、和，外筒的外半徑為，在圓 筒之外的足夠大區(qū)域中有平行于軸線方向的均勻磁場(chǎng)， 筒之外的足夠大區(qū)域中有平行于軸線方向的均勻磁場(chǎng)，磁感強(qiáng)度的大小 。在兩極間加上電壓 使兩圓筒之間的區(qū)域

4、內(nèi)有沿向外的電場(chǎng)。 在兩極間加上電壓， 為。在兩極間加上電壓，使兩圓筒之間的區(qū)域內(nèi)有沿向外的電場(chǎng)。一 質(zhì)量為、帶電量為的粒子，從緊靠?jī)?nèi)筒且正對(duì)狹縫 、帶電量為的粒子 點(diǎn)出發(fā)， 質(zhì)量為、帶電量為的粒子，從緊靠?jī)?nèi)筒且正對(duì)狹縫的點(diǎn)出發(fā)， 初速為零。如果該粒子經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)之后恰好又回到出發(fā)點(diǎn)， 初速為零。如果該粒子經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)動(dòng)之后恰好又回到出發(fā)點(diǎn)， 則兩電極之間的電壓應(yīng)是多少？（不計(jì)重力，整個(gè)裝置在真空中） ？（不計(jì)重力 則兩電極之間的電壓應(yīng)是多少？（不計(jì)重力，整個(gè)裝置在真空中） 例6：圖為一種獲得高能粒子的裝置。環(huán)行區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的、 ：圖為一種獲得高能粒子的裝置。環(huán)行區(qū)域內(nèi)存在

5、垂直紙面向外的、 大小可調(diào)節(jié)的均勻磁場(chǎng)。質(zhì)量為m，電量為+q的粒子在環(huán)中做半徑為 的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周 大小可調(diào)節(jié)的均勻磁場(chǎng)。質(zhì)量為 ，電量為 的粒子在環(huán)中做半徑為 的圓周 運(yùn)動(dòng)。 、 為兩塊中心開(kāi)有小孔的極板 原來(lái)電勢(shì)都為零，每當(dāng)粒子飛經(jīng)A 為兩塊中心開(kāi)有小孔的極板。 運(yùn)動(dòng)。A、B為兩塊中心開(kāi)有小孔的極板。原來(lái)電勢(shì)都為零，每當(dāng)粒子飛經(jīng) 板時(shí)， 板電勢(shì)升高為 板電勢(shì)升高為+U， 板電勢(shì)仍保持為零 板電勢(shì)仍保持為零， 板時(shí)，A板電勢(shì)升高為 ，B板電勢(shì)仍保持為零，粒子在兩板間的電場(chǎng)中得到 加速。每當(dāng)粒子離開(kāi)B板時(shí) 板時(shí)， 板電勢(shì)又降為零 板電勢(shì)又降為零。 加速。每當(dāng)粒子離開(kāi) 板時(shí)，A板電勢(shì)

6、又降為零。粒子在電場(chǎng)中一次次加速下 動(dòng)能不斷增大，而半徑不變。 動(dòng)能不斷增大，而半徑不變。 時(shí)粒子靜止在A板小孔處 （1）t=0時(shí)粒子靜止在 板小孔處，在電場(chǎng)力作用下加速，并繞行第一圈。求 ） 時(shí)粒子靜止在 板小孔處，在電場(chǎng)力作用下加速，并繞行第一圈。 粒子繞行n圈回到 板時(shí)獲得的總動(dòng)能E 總 圈回到A板時(shí)獲得的總動(dòng)能 粒子繞行 圈回到 板時(shí)獲得的總動(dòng)能 K總 的圓軌道上運(yùn)動(dòng)， （2）為使粒子始終保持在半徑為 的圓軌道上運(yùn)動(dòng)，求粒子繞行第 圈時(shí)的磁 ）為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)動(dòng) 求粒子繞行第n圈時(shí)的磁 感應(yīng)強(qiáng)度B 感應(yīng)強(qiáng)度 n 圈所需的總時(shí)間t 設(shè)極板間距遠(yuǎn)小于R） （3）求粒子繞行 圈所需的總時(shí)間 n（設(shè)極板間距遠(yuǎn)小于 ） ）