1.构造:如图所示,由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。
2.原理:粒子由静止被加速电场加速,根据动能定理可得mv2=qU①
粒子在磁场中做匀速圆周运动,
根据牛顿第二定律得qvB=m ②
由①②两式可得比荷:=。
3.应用:是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。
②[选一选]
如图所示是质谱仪示意图,它可以测定单个离子的质量,图中离子源S产生带电荷量为q的离子,经电压为U的电场加速后垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场中,沿半圆轨道运动到记录它的照相底片P上,测得它在P上位置与A处水平距离为d,则该离子的质量m大小为( )
A. B. C. D.
解析:选A 粒子经过加速电场过程中由动能定理得qU=mv2。在匀强磁场中粒子做圆周运动的半径为,则有=。联立以上两式解得m=。
三、回旋加速器┄┄┄┄┄┄┄┄③
1.构造:如图所示,D1、D2是半圆金属盒,D形盒的缝隙处接交流电源。D形盒处于匀强磁场中。
2.原理:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会被一次一次地加速。
3.周期:粒子每经过一次加速,其轨道半径就大一些,但粒子绕圆周运动的周期不变。
4.最大动能:由qvB=和Ek=mv2得Ek=。
[注意]
1.洛伦兹力永不做功,磁场的作用是让带电粒子"转圈圈",电场的作用是加速带电粒子。
2.两D形盒狭缝所加的是与带电粒子做匀速圆周运动周期相同的交流电,且粒子每次过狭缝时均为加速电压。