【物理】質(zhì)譜儀和回旋加速器 2023-2024學(xué)年高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

安培力與洛倫茲力1.4質(zhì)譜儀和回旋加速器學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知道質(zhì)譜儀的構(gòu)造和原理。2.知道回旋加速器的構(gòu)造和原理。3.會(huì)利用力和運(yùn)動(dòng)的知識(shí)分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況。動(dòng)畫(huà)導(dǎo)入質(zhì)譜儀講授新課質(zhì)譜儀1.原理：如圖所示，帶電粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打在照相底片上，不同質(zhì)量的粒子打在照相底片上位置不同。

2、電離室：使中性氣體電離，產(chǎn)生帶電粒子隨堂練習(xí)質(zhì)譜儀1、質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子的質(zhì)量及分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示，離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束（速度可看成為零），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。（1）若離子質(zhì)量為m、電荷量為q、加速電壓為U、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，求x的大小。

講授新課回旋加速器

想要研究原子的結(jié)構(gòu)，我們就需要“打開(kāi)”原子核的高能“炮彈”，而加速器就是制造高能“炮彈”的“工廠”。

在研究電場(chǎng)時(shí)，我們知道可以利用靜電力對(duì)帶電粒子做功增加粒子的能量，即,電壓越高粒子增加的能量越大。但有一個(gè)技術(shù)問(wèn)題就是如何產(chǎn)生高壓？

為了解決這一技術(shù)難題，我們想到了“多級(jí)加速”，也就是直線加速器，但設(shè)備太長(zhǎng)。講授新課回旋加速器

能否把加速電場(chǎng)盤(pán)起來(lái)，像水管或者電線一樣，節(jié)省空間呢？

設(shè)電子進(jìn)入第n個(gè)圓筒后的速度為v，根據(jù)動(dòng)能定理有：得第n個(gè)圓筒的長(zhǎng)度為

直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。有沒(méi)有什么辦法改進(jìn)？講授新課回旋加速器講授新課回旋加速器1.交變電壓的周期

為了保證帶電粒子每次經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)都被加速，須在狹縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓，即交變電壓的周期等于帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期。2.帶電粒子的最終能量講授新課回旋加速器

2.帶電粒子的最終能量：3.粒子被加速次數(shù)的計(jì)算：

4.粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間：

講授新課回旋加速器2、用來(lái)加速帶電粒子的回旋加速器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖甲所示，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩盒分別與高頻電源相連。帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示。忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，則下列判斷正確的是（

）A.在Ek－t圖像中應(yīng)有t4－t3＜t3－t2＜t2－t1B.加速電壓越大，粒子最后獲得的動(dòng)能就越大C.粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動(dòng)能一定越大D.要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加D形盒的面積C（1）先加速（3）再偏轉(zhuǎn)(勻速圓周運(yùn)動(dòng)）由：得：得：這樣比荷不同的粒子就可以被分開(kāi)了。質(zhì)譜儀課堂小結(jié)（2）再選擇Eq=B1qv課堂小結(jié)回旋加速器帶電粒子在D形盒中運(yùn)行的周期：加速條件每過(guò)電場(chǎng)方向要改變一次，以保證帶電粒子始終被加速。粒子最大動(dòng)能：（離開(kāi)半徑與D形盒半徑