4、串列加速器是用来产生高能离子的装置,图中虚线框内为其主体的原理示意图,其中加速管的中部b处有很高的正电势U,a、c两端均有电极接地(电势为零)。现将速度很低的负一价碳离子从a端输入,当离子到达b处时,可被设在b处的特殊装置将其电子剥离,成为n价正离子,而不改变其速度大小。这些正n价碳离子从c端飞出后进入一与其速度方向垂直的、磁感强度为B的匀强磁场 中,在磁场中做半径为R的圆周运动,已知碳离子的质量m=2.0×10-26㎏,U=7.5×105V,B=0.50T,n=2,基元电荷e=1.6×10-19C ,求R。

eU=

n eU=-eU

(n+1)eu=

v2=

R====0.75m

§6带电粒子在匀强磁场中的运动(2)

[典型例题]

[例1]如图所示为质谱仪的原理图,A为粒子加速器,电压为U1;B为速度选择器,磁场与电场正交,磁感应强度为B1,板间距离为d;C为偏转分离器,磁感应强度为B2。今有一质量为m、电量为q的正离子经加速后,恰好通过速度选择器,进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动,求:

⑴粒子的速度v

⑵速度选择器的电压U2

⑶粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R。

[解析]⑴粒子经加速电场U1加速,获得速度V,由动量定理得:

qU1=mv2  解得v=

⑵在速度选择器中作匀速直线运动,电场力与洛仑兹力平衡得Eq=qvB1即

U2=B1dv=B1d

⑶在B2中作圆周运动,洛仑兹力提供向心力,

R===

[例2]有一回旋加速器,它的交流电压的频率为1.2×107Hz,半圆形D盒电极半径为0.532m,已知氘核的质量m=3.34×10-27㎏,电量q=1.6×10-19C,问:

⑴D盒接上电源,但盒内不存在电场,为什么?

⑵要加速氘核,所需要的磁感应强度为多大?

⑶氘核能达到的最大速度是多大?最大动能是多少?

[解析]⑴D盒本身是一个等势体,内部不存在电场

⑵要使氘核在经D盒之间加速,粒子作圆周运动的周期(频率)应与交变电场的周期(频率)相同,即代入数据=解得B=1.57T

⑶氘核从D盒中引出时应有最大速度和最大动能,圆周运动的半径为D盒的半径,有R=

得v==4×107m/s

EK==2.67×10-12J

[例3]如图所示,在x轴上方有水平向左的匀强电场,电场强度为E,在x轴下方有垂直于纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B。正离子从M点垂直于磁场方向,以速度v射入磁场区域,从N点以垂直于x轴的方向进入电场区域,然后到达y轴上的P点,若OP=ON,求:⑴离子的入射速度是多少?

⑵若离子在磁场中的运动时间为t1,在电场中的运动时间为t2,则t1: t2多大?

[解析]设正离子在匀强磁场中作匀速圆周运动,从M经圆弧到N,

由题意得MO=NO=R……⑴

而R=……⑵

在磁场中的运动时间t1=……⑶

正离子垂直于电场方向进入匀强电场中后作类平抛运动,在垂直于电场方向有:

OP=vt2……⑷

沿电场方向有:ON=……⑸

由题意得OP=ON……⑹

由上述各关系可解得:v=

[基础练习]

 0  262451  262459  262465  262469  262475  262477  262481  262487  262489  262495  262501  262505  262507  262511  262517  262519  262525  262529  262531  262535  262537  262541  262543  262545  262546  262547  262549  262550  262551  262553  262555  262559  262561  262565  262567  262571  262577  262579  262585  262589  262591  262595  262601  262607  262609  262615  262619  262621  262627  262631  262637  262645  447090 

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