第六節(jié) 帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動(dòng)
由圖可知θ=60°，得電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 t = t/6 ④ 聯(lián)立以上各式解得：t= rπ/3v0（3）、質(zhì)譜儀閱讀課文及例題，回答以下問題：1.試述質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu).2.試述質(zhì)譜儀的工作原理.3.什么是同位素？4.質(zhì)譜儀最初是由誰設(shè)計(jì)的？5.試述質(zhì)譜儀的主要用途. 閱讀后學(xué)生回答： 1.質(zhì)譜儀由靜電加速極、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場、顯示屏等組成. 2.電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的粒子，它們進(jìn)入磁場后將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片不同的地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫質(zhì)譜線，每一條對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量，從譜線的位置可以知道圓周的半徑r，如果再已知帶電粒子的電荷量q，就可算出它的質(zhì)量. 3.質(zhì)子數(shù)相同而質(zhì)量數(shù)不同的原子互稱為同位素. 4.質(zhì)譜儀最初是由湯姆生的學(xué)生阿斯頓設(shè)計(jì). 5.質(zhì)譜儀是一種十分精密的儀器，是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具.--- ----（1課時(shí)）【過渡語】先從研究物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的需要出發(fā)提出怎樣大量產(chǎn)生高能帶電粒子的問題，從而引出早期使用的加速器——靜電加速器2.回旋加速器（1）直線加速器①加速原理：利用加速電場對(duì)帶電粒子做正功使帶電的粒子動(dòng)能增加，即qu =δek②直線加速器的多級(jí)加速：教材圖3.6—5所示的是多級(jí)加速裝置的原理圖，由動(dòng)能定理可知，帶電粒子經(jīng)n級(jí)的電場加速后增加的動(dòng)能，δek=q（u1+u2+u3+u4+…un）③直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。 （2）回旋加速器①由美國物理學(xué)家勞倫斯于1932年發(fā)明。 ②其結(jié)構(gòu)教材圖3.6—6所示。核心部件為兩個(gè)d形盒（加勻強(qiáng)磁場）和其間的夾縫（加交變電場） ③加速原理：通過“思考與討論”讓學(xué)生自己分析出帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期公式t = 2πm/q b，明確帶電粒子的周期在q、m、b不變的情況下與速度和軌道半徑無關(guān)，從而理解回旋加速器的原理。在學(xué)生思考之后，可作如下的解釋：如果其他因素(q、m、b)不變，則當(dāng)速率v加大時(shí)，由r=mv/qb得知圓運(yùn)動(dòng)半徑將與v成正比例地增大，因而圓運(yùn)動(dòng)周長 也將與v成正比例地增大，因此運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間(周期)仍將保持原值。最后提到了回旋加速器的效能(可將帶電粒子加速，使其動(dòng)能達(dá)到25 mev～30 mev)，為狹義相對(duì)論埋下了伏筆。 老師再進(jìn)一步歸納各部件的作用：（如圖） 磁場的作用：交變電場以某一速度垂直磁場方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場后，在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其周期在q、m、b不變的情況下與速度和軌道半徑無關(guān)，帶電粒子每次進(jìn)入d形盒都運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間（半個(gè)周期）后平行電場方向進(jìn)入電場加速。 電場的作用：回旋加速器的的兩個(gè)d形盒之間的夾縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩個(gè)d形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場，帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時(shí)被加速。 交變電壓的作用：為保證交變電場每次經(jīng)過夾縫時(shí)都被加速，使之能量不斷提高，須在在夾縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在d形盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓。 帶電粒子經(jīng)加速后的最終能量：（運(yùn)動(dòng)半徑最大為d形盒的半徑r）由r=mv/qb有 v=qbr/m 所以最終能量為 em=mv2/2 = q2b2r2/2m討論：要提高帶電粒子的最終能量，應(yīng)采取什么措施？（可由上式分析）例：1989年初，我國投入運(yùn)行的高能粒子回旋加速器可以把電子的能量加速到2.8gev;若改用直線加速器加速，設(shè)每級(jí)的加速電壓為u =2.0×105v，則需要幾級(jí)加速？解：設(shè)經(jīng)n級(jí)加速,由neu=e 有 n=e/eu=1.4×104（級(jí)）（三）對(duì)本節(jié)要點(diǎn)做簡要小結(jié).