質(zhì)譜儀與回旋加速器

第五節(jié)洛倫茲力的應(yīng)用課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道洛倫茲力只改變帶電粒子速度方向，不改變其速度大?。?．知道質(zhì)譜儀和回旋加速器的構(gòu)造和原理．重點(diǎn)難點(diǎn)：質(zhì)譜儀和回旋加速器的原理和應(yīng)用．一、質(zhì)譜儀和回旋加速器1．質(zhì)譜儀(1)原理圖：如圖3－5－2圖3－5－2核心要點(diǎn)突破一、質(zhì)譜儀工作原理的理解質(zhì)譜儀是利用電場和磁場控制電荷運(yùn)動(dòng)的精密儀器，它是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具．其結(jié)構(gòu)如圖3－5－2甲所示，容器A中含有電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的帶電粒子．經(jīng)過S1和S2之間的電場加速，它們進(jìn)入磁場將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫做質(zhì)譜線．每一條譜線對應(yīng)于一定的質(zhì)量．從譜線的位置可以知道圓周的半徑，如果再已知帶電粒子的電荷量，就可以算出它的質(zhì)量，這種儀器叫做質(zhì)譜儀．即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)2.回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，如圖3－5－7所示，要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能，則下列說法中正確的是(

)圖3－5－7A．增大勻強(qiáng)電場間的加速電壓B．增大磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度C．減小狹縫間的距離D．增大D形金屬盒的半徑即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀)3．(2011年杭州高二檢測)一個(gè)帶電粒子以初速度v0垂直于電場方向向右射入勻強(qiáng)電場區(qū)域，穿出電場后接著又進(jìn)入勻強(qiáng)磁場區(qū)域．設(shè)電場和磁場區(qū)域有明確的分界線，且分界線與電場強(qiáng)度方向平行，如圖3－5－8中的虛線表示．在圖所示的幾種情況中，可能出現(xiàn)的是(

)圖3－5－8解析：選AD。A、C選項(xiàng)中粒子在電場中向下偏轉(zhuǎn)，所以粒子帶正電，再進(jìn)入磁場后，A圖中粒子應(yīng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)，正確．C圖中粒子應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)，錯(cuò)誤．同理可以判斷B錯(cuò)，D對．變式訓(xùn)練1

如圖3－5－12為質(zhì)譜儀的示意圖．速度選擇部分的勻強(qiáng)電場場強(qiáng)E＝1.2×105V/m，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1＝0.6T．偏轉(zhuǎn)分離器的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2＝0.8T．求：(1)能通過速度選擇器的粒子速度有多大？(2)質(zhì)子和氘核進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器后打在底片上的條紋之間的距離d為多少？圖3－5－12答案：(1)2×105m/s

(2)5.2×10－3m類型三回旋加速器的應(yīng)用例3

回旋加速器是用來加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相連，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場，使粒子每次穿過窄縫都得到加速，兩盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3－5－13所示，問：(1)盒中有無電場？(2)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(3)所加交流電頻率應(yīng)是多大，粒子角速度為多大？(4)粒子離開加速器時(shí)速度是多大，最大動(dòng)能為多少？(5)設(shè)兩D形盒間電場的電勢差為U，求加速到上述能量所需的時(shí)間．(不計(jì)粒子在電場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間)圖3－5－13【規(guī)律總結(jié)】

求解此題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)交流電的周期與粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同回旋加速器才能正常工作．(2)根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)求出粒子最大速度的表達(dá)式，再據(jù)此判斷它與何物理量有關(guān)．變式訓(xùn)練3

(2011年吉林市高二檢測)用回旋加速器來加速質(zhì)子，為了使質(zhì)子獲得的動(dòng)能增加為原來的4倍，原則上可以采用下列哪幾種方法(

)