第5節(jié)帶電粒子在磁場中的運(yùn)動質(zhì)譜儀

1、五、帶電粒子在磁場中的運(yùn)動質(zhì)譜儀對在勻強(qiáng)電場和磁場正交區(qū)域內(nèi)保持對在勻強(qiáng)電場和磁場正交區(qū)域內(nèi)保持原來的運(yùn)動方向的粒子，其電場力等于原來的運(yùn)動方向的粒子，其電場力等于洛倫茲力：洛倫茲力：qvBqE BEv 得：得：速度選擇器速度選擇器等離子體發(fā)電機(jī)等離子體發(fā)電機(jī)Bvq=Eq=Uq/dBvq=Eq=Uq/dU=BdvU=Bdv、帶電粒子在勻強(qiáng)用場中運(yùn)動軌跡、帶電粒子在勻強(qiáng)用場中運(yùn)動軌跡 大量實(shí)驗(yàn)表明：大量實(shí)驗(yàn)表明： 帶電粒子只受洛倫茲力作用（重力帶電粒子只受洛倫茲力作用（重力通常忽略不計）的條件下，在勻強(qiáng)通常忽略不計）的條件下，在勻強(qiáng)磁場中有兩種典型的運(yùn)動：磁場中有兩種典型的運(yùn)動：1 1v v平行

2、平行B B時，做勻速直線運(yùn)動時，做勻速直線運(yùn)動2 2v v垂直垂直B B時，做勻速圓周運(yùn)動時，做勻速圓周運(yùn)動 洛倫茲力提供了帶電粒子做勻速圓洛倫茲力提供了帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動所需的向心力周運(yùn)動所需的向心力 二、軌道半徑和運(yùn)動周期二、軌道半徑和運(yùn)動周期 1 1軌道半徑軌道半徑 r r ，洛倫茲力提供向心力：，洛倫茲力提供向心力： rvmqvB2由：由：qBmvr 得：得：在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的帶在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動的帶電粒子，軌道半徑跟運(yùn)動速率成正比電粒子，軌道半徑跟運(yùn)動速率成正比2 2運(yùn)動周期運(yùn)動周期T T vTmvmqvB2由：由：qBmT2得：得：周期跟軌道半徑和運(yùn)動速率均無

3、關(guān)周期跟軌道半徑和運(yùn)動速率均無關(guān)三、質(zhì)譜儀三、質(zhì)譜儀、電場和磁場都能對帶電粒子施加影響，、電場和磁場都能對帶電粒子施加影響，電場電場既能使帶電粒子既能使帶電粒子加速加速，又能使帶電，又能使帶電粒子粒子偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)；磁場磁場雖不能使帶電粒子速率雖不能使帶電粒子速率變化，但能使帶電粒子發(fā)生變化，但能使帶電粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn)偏轉(zhuǎn)、質(zhì)譜儀：利用磁場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，、質(zhì)譜儀：利用磁場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，由帶電粒子的電荷量，軌道半徑確定其由帶電粒子的電荷量，軌道半徑確定其質(zhì)量的儀器，叫做質(zhì)譜儀質(zhì)量的儀器，叫做質(zhì)譜儀、質(zhì)譜儀的構(gòu)造、質(zhì)譜儀的構(gòu)造帶電粒子注入器帶電粒子注入器加速電場（加速電場（U U）速度選擇器（速度選

4、擇器（E, E, B1B1）偏轉(zhuǎn)磁場（偏轉(zhuǎn)磁場（B2B2）照相底片照相底片A A它們的動能一定各不相同；它們的動能一定各不相同；B B它們的電量一定各不相同；它們的電量一定各不相同；C C它們的質(zhì)量一定各不相同；它們的質(zhì)量一定各不相同；D D它們的電量與質(zhì)量之比一它們的電量與質(zhì)量之比一定各不相同定各不相同 如圖所示，一束質(zhì)量、速度和電量不等的正離子如圖所示，一束質(zhì)量、速度和電量不等的正離子垂直地射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場正交的區(qū)域里，垂直地射入勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場正交的區(qū)域里，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運(yùn)動方向，未發(fā)生結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來的運(yùn)動方向，未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)如果讓這些不偏轉(zhuǎn)離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)

5、任何偏轉(zhuǎn)如果讓這些不偏轉(zhuǎn)離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場中，發(fā)現(xiàn)這些離子又分裂成幾束對這些進(jìn)磁場中，發(fā)現(xiàn)這些離子又分裂成幾束對這些進(jìn)入后一磁場的離子，可得出結(jié)論：入后一磁場的離子，可得出結(jié)論：對在勻強(qiáng)電場和磁場正交區(qū)域內(nèi)保持對在勻強(qiáng)電場和磁場正交區(qū)域內(nèi)保持原來的運(yùn)動方向的粒子，其電場力等于原來的運(yùn)動方向的粒子，其電場力等于洛倫茲力：洛倫茲力：qvBqE BEv 得：得：即速度相同的粒子進(jìn)入到后一磁場，由即速度相同的粒子進(jìn)入到后一磁場，由偏轉(zhuǎn)半徑偏轉(zhuǎn)半徑r=mv/qBr=mv/qB不同，知它們的荷質(zhì)不同，知它們的荷質(zhì)比一定各不相同比一定各不相同 所以所以 D D 正確正確小結(jié)：小結(jié)： 帶電粒子（不計重力）垂直進(jìn)入勻強(qiáng)帶電粒子（