質(zhì)譜儀:

具有相同核電荷數(shù)而不同質(zhì)量數(shù)的原子互稱同位素，質(zhì)譜儀是分離各種元素的同位素并測量它們質(zhì)量的儀器，它由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場、顯示屏等組成，它的結(jié)構原理如圖所示。

如圖所示，離子源S產(chǎn)生質(zhì)量為m，電荷量為q的正離子（所受重力不計）。離子出來時速度很�。�可忽略不計），經(jīng)過電壓為U的電場加速后進入磁感應強度為B的勻強磁場中做勻速圓周運動，經(jīng)過半個周期到達記錄它的照相底片P上，測得它在P上的位置到入口處的距離為L，則


聯(lián)立求解得。
因此，只要知道q、B、L與U，就可計算出帶電粒子的質(zhì)量m。

速度選擇器:

(1)平行板中電場強度E和磁感應強度B互相垂直，這種裝置能把具有一定速度的粒子選擇出來，所以叫做速度選擇器，如圖所示。

(2)帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是，即,與帶電粒子的質(zhì)量，所帶電荷的正負、電荷量均無關，只與速度有關。
(3)若,粒子向電場力方向偏，電場力做正功，粒子動能增加；,粒子向磁場力方向偏，電場力做負功，動能減少。

相關高中物理知識點：回旋加速器

回旋加速器:

(1)構造:
回旋加速器的核心部件是兩個D 形扁金屬盒，整個裝置放在真空容器中，如圖所示。

①兩個D形盒之間留有一個窄縫，在中心位置放有粒子源。
②兩個D形盒分別接在高頻交變電源的兩極上，在兩盒間的窄縫中形成一個方向呈周期性變化的交變電場。
(2)原理:
利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子，如圖所示。

①磁場的作用：帶電粒子以某一速度垂直于磁場方向進入勻強磁場時，只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，其中周期與速度和半徑無關，使帶電粒子每次進入D形盒中都能運動相等時間(半個周期)后，平行于電場方向進入電場中加速。
②交流電壓：為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時均被加速，使能量不斷提高，要在狹縫處加一個周期與相同的交流電壓。
(3)特點
①帶電粒子在D形盒中的回轉(zhuǎn)周期等于兩盒狹縫間高頻電場的變化周期，與帶電粒子速度無關(磁場保證帶電粒子做回旋運動，如圖所示)。
②帶電粒子在D形金屬盒內(nèi)運動的軌道半徑不等距分布。設帶正電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，狹縫間加速電壓大小為U，粒子源產(chǎn)生的帶電粒子，經(jīng)電場加速第一次進入左半盒時速度和半徑分別為。
第二次進入左半盒時，經(jīng)電場加速3次，進人左半盒的速度和半徑為
第k次進入左半盒時，經(jīng)電場加速(2k一1)次，進入左半盒時速度和半徑為
所以，任意相鄰兩軌道半徑之比
可見帶電粒子在D形金屬盒內(nèi)運動時，越靠近D 形金屬盒的邊緣，相鄰兩軌道的間距越小。
③帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運動的最終能量。由于D形金屬盒的大小一定，所以不管粒子的大小及帶電荷量如何，粒子最終從加速器內(nèi)射出時應具有相同的旋轉(zhuǎn)半徑。
由牛頓第二定律得

動量大小與動能之間存在定量關系

由①②兩式得
可見，帶電粒子離開回旋加速器的動能與加速電壓無關，而僅受磁感應強度B和D形盒半徑的限制。加速電壓的大小只能影響帶電粒子在D形盒內(nèi)加速的次數(shù)。
④帶電粒子在回旋加速器內(nèi)的運動時間。帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運動時間的長短，與帶電粒子做勻速圓周運動的周期有關，同時還與帶電粒子在磁場中轉(zhuǎn)動的圈數(shù)有關。設帶電粒子在磁場中轉(zhuǎn)動的圈數(shù)為n，加速電壓為U。因每加速一次粒子獲得的能量為qU，每圈有兩次加速。結(jié)合知因此:
所以帶電粒子在回旋加速器內(nèi)運動時間

⑤由于隨著帶電粒子速度的增大，當速度接近光速時，據(jù)愛因斯坦狹義相對論可知，粒子質(zhì)量增大，回轉(zhuǎn)周期變大，而與交變電壓周期不一致，使加速器無法正常工作，所以回旋加速器不能無限地對帶電粒子加速。

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