電場、磁場聯(lián)手控制帶電粒子。

本節(jié)內(nèi)容屬于帶電粒子在電磁場中的綜合應用。電場和磁場都可以對帶電粒子產(chǎn)生作用力，因此可以通過電場和磁場對粒子的運動進行控制。

核工業(yè)上需要對微觀的帶電粒子進行分離。常用的方法就是利用電、磁場對帶電粒子有作用力這一特征，通過施加作用力來改變或控制粒子的運動軌跡，從而達到分離的目的。

一.電分離

分離：分道揚鑣。通過電場的偏轉(zhuǎn)可以實現(xiàn)。

前提：射入勻強電場的速度方向相同。

1. 帶電粒子電性不同：垂直通過同一勻強電場，偏轉(zhuǎn)方向發(fā)生變化，從而實現(xiàn)分離的目的。

2. 帶電粒子電性相同：偏轉(zhuǎn)角由此式?jīng)Q定，相關(guān)參量不同時，可使粒子發(fā)生分離。

二.磁分離   前提：射入磁場時粒子的速度方向相同

1. 異種電荷:以相同的速度方向進入同一勻強磁場中，磁場力方向不同，粒子偏轉(zhuǎn)方向不同，實現(xiàn)分離。

2. 同種電荷：在勻強磁場中的偏轉(zhuǎn)半徑由此式?jīng)Q定：參量

   不同，偏轉(zhuǎn)半徑可能不同，可以分離離子。質(zhì)譜儀原理。

   

三.升級版質(zhì)譜儀——精挑細選帶電粒子的利器。精度高到可以發(fā)現(xiàn)同位素。

原理：三個功能區(qū)

A.加速區(qū)；B.速選區(qū)；C.偏轉(zhuǎn)區(qū)

只有速度，比荷滿足要求的粒子才可被精準挑選出來。

四.回旋加速器

粒子物理中需要“”炮彈，炮彈打得“遠”，關(guān)鍵看速度。粒子炮彈如何提速呢？

重力場中能否提速，理論可以，實際無效。人推馬拉行不？

對對微觀帶電粒子，目前能實現(xiàn)其提速目的的只有電場。我國北京的正負電子對撞機，歐洲的核子中心，都是給帶電粒子加速的大型設備。

實際給粒子加速時，電壓大小有限，一次加速的效果欠佳，所以采用了多次加速，逐步提高的手段。

美國建成的世界最大加速器，長約三公里，占地面積十分可觀。

如何實現(xiàn)既能加速，占地面積相對又小的熊掌和魚兼得的美好結(jié)果呢？

磁場能否使粒子加速？

磁場能使粒子轉(zhuǎn)圈，而且轉(zhuǎn)動過程中速度大小不變，打出去可以轉(zhuǎn)回來，就像武林高手耍飛鏢，飛出去，轉(zhuǎn)回來，加一次速，再轉(zhuǎn)回來，再加一次速，電場加速，磁場回旋，周而復始，在小空間內(nèi)實現(xiàn)加速的目的。

1930年，美國物理學家勞倫斯提出了回旋加速器的理論，1931年，他和他的學生利文斯頓一起，研制了世界上第一臺回旋加速器，這臺加速器的磁極直徑只有10cm。并因此發(fā)明獲得諾貝爾物理獎。

細節(jié)：

1. 電場加速，每加一次，粒子動能增加多少？
   

2. 計算粒子在每個半圓形磁場中的運動時間？

3. 電場方向如何變化呢？

弊端：加速有限制，根據(jù)相對論，粒子速度加到一定程度時，質(zhì)量會發(fā)生明顯的變化，導致在半圓形磁場中的運動時間不再相同，同步變化電場方向的難度增大。

通過本節(jié)兩類儀器的原理學習，為帶電粒子在多場作用下的問題提供解決思路，還是沿用牛頓運動定律的思路，弄清粒子所受合力和初速度，進一步分析，推斷粒子的速度及軌跡。

從單場到多場，牛頓運動定律這條主線沒變，通過學習，體會從單場到多場的處理思路，為更復雜的多場動力學問題提供解決思路。