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        一種“稱量”微小帶電粒子的方法

        2017-06-10 04:28:40祖銀芳
        速讀·中旬 2017年4期
        關鍵詞:質譜儀質量

        祖銀芳

        摘 要:本文通過質譜儀的原理介紹,引導學生通過理論推導,得出帶點粒子在經(jīng)過電場加速、磁場回旋后的半徑表達式,在分析半徑表達式可使學生很容易得到“稱量”微小帶電粒子的質量的辦法,從而加深對質譜儀設計巧妙的理解,也加強了學生對組合場問題的掌握,同時也激發(fā)了學生應用所學理論應用生活實踐的欲望。

        關鍵詞:微小電荷;質量;質譜儀

        在日常生活中,能用肉眼看到的物體幾乎都能容易稱量其質量,對于微小的肉眼看不到的微粒怎樣“稱量”其質量呢?在磁場的學習中,我們發(fā)現(xiàn)用質譜儀能來“稱量”微粒的質量,并且能分析同位素的比荷。那么,質譜儀是怎樣做到的呢?下面,筆者首先通過教材上的質譜儀例題來說明。

        例題:一個質量為m、電荷量為q的粒子,從容器A下方的小孔S飄入電勢差為U的加速電場,其初速度幾乎為0,然后經(jīng)過S沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中,最后打到照相底片D上。

        (1)求粒子進入磁場時的速率。

        (2)求粒子在磁場中運動的軌道半徑。

        從⑤可以看出,粒子的比荷與[L2]的成反比,即在磁場中的回旋直徑越大,比荷越小,在磁場中的回旋直徑越小,比荷越大。

        通過以上的推導,我們就能很容易完成下面的一道題。

        一臺質譜儀的工作原理如圖2所示電荷量均為+q、質量不同的離子飄入電壓為U0的加速電場,其初速度幾乎為零。這些離子經(jīng)加速后通過狹縫O沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場,最后打在底片上。已知放置底片的區(qū)域MN=L,且OM=L。某次測量發(fā)現(xiàn)MN中左側2/3區(qū)域MQ損壞,檢測不到離子,但1/3區(qū)域的QN仍能正常檢測到離子。在適當調節(jié)加速電壓后,原本打在MQ的離子即可在檢測到。求:

        (1)原本打在MN中點P的離子質量m。

        (2)為使原本打在P的離子能打在QN區(qū)域,求加速電壓的調節(jié)范圍。

        總之,質譜儀是選修3-1第三章磁場組合場的知識,使粒子在電場中加速,在磁場中回旋,來測量粒子的質量,通過引導學生通過理論推導,得出帶點粒子在經(jīng)過電場加速、磁場回旋后的半徑表達式,在分析半徑表達式可使學生很容易得到“稱量”微小帶電粒子的質量的辦法,從而加深對質譜儀設計巧妙的理解,也加強了學生對組合場問題的掌握,同時也激發(fā)了學生應用所學理論生活實踐的欲望。

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