質(zhì)譜儀與回旋加速器課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性必修第二冊(cè)-2

第4節(jié)質(zhì)譜儀與回旋加速器第一章安培力與洛倫茲力質(zhì)譜儀第一部分五顏六色的彈珠大家小時(shí)候都玩過(guò)有沒(méi)有什么方法能把大彈珠和小彈珠快速分開(kāi)？大彈珠、小彈珠質(zhì)量不同只需要設(shè)定一個(gè)裝置讓大小彈珠的運(yùn)動(dòng)情況不一樣就可以分開(kāi)了思考：我們?nèi)绾沃牢镔|(zhì)是由哪些粒子組成的？不同的粒子有不同的質(zhì)量和帶電量那怎么將粒子束中的粒子分開(kāi)呢？我們可以根據(jù)磁場(chǎng)或電場(chǎng)中的粒子的偏轉(zhuǎn)情況不同篩選出不同種類(lèi)的粒子質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀是一種產(chǎn)生離子并根據(jù)比荷(q/m)分離離子的儀器。1.粒子在加速電場(chǎng)的加速U0由動(dòng)能定理：得：質(zhì)譜儀的原理Bm,q2.在磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)由：得：得：質(zhì)譜儀的原理由式子可看出如果磁感應(yīng)強(qiáng)度B，加速電壓U0不變則：半徑r和帶電粒子的比荷有關(guān)所以質(zhì)譜儀能區(qū)分比荷不同的粒子質(zhì)譜儀的原理①電離室：使中性氣體電離，產(chǎn)生帶電粒子電離室質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)②加速電場(chǎng)：使帶電粒子獲得速度加速電場(chǎng)質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)這塊還可以搭配前面學(xué)習(xí)的速度選擇器選擇我們實(shí)驗(yàn)需要的速度③偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：使不同帶電粒子偏轉(zhuǎn)分離偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)④照相底片：記錄不同粒子偏轉(zhuǎn)位置及半徑照相底片質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)質(zhì)譜線(xiàn)質(zhì)譜線(xiàn)：質(zhì)量相同的粒子打在同一線(xiàn)質(zhì)譜儀的作用可測(cè)粒子的質(zhì)量及比荷01與已知粒子半徑對(duì)比可發(fā)現(xiàn)未知的元素和同位素02練習(xí)1.(多選)質(zhì)譜儀的原理如圖所示，虛線(xiàn)AD上方區(qū)域處在垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，C、D處有一熒光屏。同位素離子源產(chǎn)生a、b兩種電荷量相同的離子，無(wú)初速度進(jìn)入加速電場(chǎng)，經(jīng)同一電壓加速后，垂直進(jìn)入磁場(chǎng)，a離子恰好打在熒光屏C點(diǎn)，b離子恰好打在D點(diǎn)。離子重力不計(jì)。則(

)A．a(chǎn)離子質(zhì)量比b的大B．a(chǎn)離子質(zhì)量比b的小C．a(chǎn)離子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間比b的短D．a(chǎn)、b離子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相等BC（1）帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度值有幾個(gè)？練習(xí)2：同一種帶電粒子以不同的速度垂直磁場(chǎng)、垂直磁感線(xiàn)射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則可知：3個(gè)（2）這些速度的大小關(guān)系為？v1<v2<v3（3）三束粒子從O點(diǎn)出發(fā)分別到達(dá)1、2、3點(diǎn)所用時(shí)間的大小關(guān)系是？t1=t2=t3時(shí)間與速度無(wú)關(guān)t=練習(xí)3質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖。離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(速度可視為零)，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，到達(dá)記錄它的照相底片P上，設(shè)離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷(

)A．若離子束是同位素，則x越小，離子質(zhì)量越大B．若離子束是同位素，則x越小，離子質(zhì)量越小C．只要x相同，則離子質(zhì)量一定相同D．x越大，則離子的比荷一定越大B回旋加速器第二部分愛(ài)因斯坦：物體不可能超過(guò)光速為了接近光速，科學(xué)家們做了很多努力促使了粒子加速器的誕生多級(jí)直線(xiàn)加速器加速原理：利用加速電場(chǎng)對(duì)帶電粒子做正功使帶電粒子的動(dòng)能增加想要加到接近光速，直線(xiàn)加速器太長(zhǎng)了。不實(shí)際回旋加速器是一種使離子加速的圓形加速器。歐內(nèi)斯特·勞倫斯（ErnestLawrence）于1932年發(fā)明?；匦铀倨饕?yàn)榛匦铀倨鳂s獲諾貝爾獎(jiǎng)回旋加速器的原理如圖所示，D1和D2是兩個(gè)中空的半圓金屬盒，它們之間有一定的電勢(shì)差U，A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子在兩盒之間被電場(chǎng)加速。D1、D2處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，粒子將在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)半個(gè)圓周(半個(gè)周期)后，再次到達(dá)兩盒間的縫隙，控制兩盒間電勢(shì)差，使其恰好改變正負(fù)，于是粒子在盒縫間再次被加速，如果粒子每次通過(guò)盒間縫隙均能被加速，粒子速度就能夠增加到很大?；匦铀倨鞯脑碜⒁猓涸诖艌?chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間和速度無(wú)關(guān)回旋加速器的原理周期粒子每經(jīng)過(guò)一次加速，其軌道半徑就增大一些，但粒子繞圓周運(yùn)動(dòng)的周期不變。交變電壓周期性變化即可回旋加速器的原理最大動(dòng)能的計(jì)算qvB=mv2/rEK=mv2/2由可得提煉：其他條件一定時(shí)，加速器半徑越大，最大動(dòng)能越大二、回旋加速器交變電源的周期應(yīng)該與粒子圓周運(yùn)動(dòng)一樣注意：粒子只在縫隙里加速練習(xí)1(多選)如圖是回旋加速器的工作原理圖。D1和D2是兩個(gè)中空的半圓金屬盒，它們之間有一定的電壓，A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子，在兩盒之間被電場(chǎng)加速。兩半圓盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子在半圓盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。不計(jì)帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，不考慮由相對(duì)論效應(yīng)帶來(lái)的影響，則下列說(shuō)法正確的是(

)A．粒子在D形盒中的運(yùn)動(dòng)周期與兩盒間交變電壓的周期相同B．回旋加速器是靠電場(chǎng)加速的，因此其最大能量與電壓有關(guān)C．回旋加速器是靠磁場(chǎng)加速的，因?yàn)槠渥畲竽芰颗c電壓無(wú)關(guān)D．粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間與電壓有關(guān)AD練習(xí)2如圖所示，回旋加速器是用來(lái)加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的裝置，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩盒分別與高頻電源相連。下列說(shuō)法正確的有(

)A．粒子被加速后的最大速度隨磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形盒的半徑的增大而增大B．粒子被加速后的最大動(dòng)能隨高頻電源的加速電壓的增大而增大C．粒子可以在回旋加速器中一直被加速D．粒子從磁場(chǎng)中獲得能量A練習(xí)3如圖所示，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源兩極相連接的兩個(gè)D形盒，兩盒間構(gòu)成一狹縫，兩D形盒處于垂直于盒面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。下列有關(guān)回旋加速器的描