質(zhì)譜儀與回旋加速器 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊

問題導(dǎo)入：

在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中，常需要將一束帶等量電荷的粒子分開，以便知道其中所含物質(zhì)的成分。利用所學(xué)的知識，你能設(shè)計(jì)一個方案，以便分開電荷量相同、質(zhì)量不同的帶電粒子嗎?第4節(jié)質(zhì)譜儀與回旋加速器1、質(zhì)譜儀：

利用磁場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，由帶電粒子的電荷量、軌道半徑確定其質(zhì)量的儀器。2、結(jié)構(gòu)及作用：①電離室：使中性氣體電離，產(chǎn)生帶電粒子②加速電場：使帶電粒子獲得速度③偏轉(zhuǎn)磁場：使不同帶電粒子偏轉(zhuǎn)分離④照相底片：記錄不同粒子偏轉(zhuǎn)位置及半徑學(xué)習(xí)任務(wù)一

質(zhì)譜儀學(xué)習(xí)任務(wù)一[模型建構(gòu)]（1）先加速由：得：（2）再偏轉(zhuǎn)(勻速圓周運(yùn)動）得：由于粒子的荷質(zhì)比不同，則做圓周運(yùn)動的半徑也不同，因此打到不同的位置,這樣就可把不同比荷的粒子分開來。3、工作原理：學(xué)習(xí)任務(wù)一

質(zhì)譜儀學(xué)習(xí)任務(wù)一[模型建構(gòu)](3)計(jì)算粒子打在底片上的位置到S3的距離

學(xué)習(xí)任務(wù)一CD

學(xué)習(xí)任務(wù)一

學(xué)習(xí)任務(wù)一設(shè)電子進(jìn)入第n個圓筒后的速度為v，根據(jù)動能定理有：得第n個圓筒的長度為回顧：直線加速器直線加速器的原理學(xué)習(xí)任務(wù)二

回旋加速器學(xué)習(xí)任務(wù)二回旋加速器的結(jié)構(gòu)①兩個大磁極：在帶電粒子運(yùn)動范圍內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的勻強(qiáng)

磁場，使帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動。②兩個D形盒：D形盒內(nèi)部有磁場沒有電場。使帶電粒

子的圓周運(yùn)動不受電場影響。③D形盒間的窄縫：使帶電粒子在這一區(qū)間被電場加速。④交變電場：交變電場的周期等于粒子做勻速圓周運(yùn)動

的周期。使帶電粒子在D形盒間的窄縫被加速。[模型建構(gòu)]學(xué)習(xí)任務(wù)二

回旋加速器學(xué)習(xí)任務(wù)二接高頻電源狹縫原理圖粒子源

[模型建構(gòu)]學(xué)習(xí)任務(wù)二

回旋加速器學(xué)習(xí)任務(wù)二

討論：為了保證帶電粒子每次到達(dá)D形盒縫隙間都能被加速，那D形盒縫隙的電場方向應(yīng)該是恒定的還是變化的呢？

由于粒子在D型盒內(nèi)每回旋半圈，進(jìn)入盒縫間就需要加速一次，因此類似于多級直線加速器一樣，電場方向應(yīng)該是變化的，所以我們需要在D形盒縫隙間接上交流電源，以便產(chǎn)生方向變化的電場。[科學(xué)推理]學(xué)習(xí)任務(wù)二

回旋加速器學(xué)習(xí)任務(wù)二２．粒子的回轉(zhuǎn)周期會變化嗎？１．粒子圓周運(yùn)動的半徑和速度的關(guān)系:z.x.x.k周期不變回旋加速器中磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的半徑為Ｒ，用該回旋加速器加速質(zhì)量為m、電量為q的粒子，設(shè)粒子加速前的初速度為零。求：[科學(xué)推理]學(xué)習(xí)任務(wù)二

回旋加速器學(xué)習(xí)任務(wù)二①帶電粒子在D形盒中運(yùn)行的周期：（1）回旋加速條件②每過電場方向要改變一次，以保證帶電粒子始終被加速。③電場的變化周期要等于粒子的運(yùn)動周期：[科學(xué)推理]學(xué)習(xí)任務(wù)二

回旋加速器學(xué)習(xí)任務(wù)二工作原理：（2）粒子最大動能：（離開半徑與D形盒半徑相同）

對某種粒子q、m一定，粒子獲得的最大動能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和回旋加速器的半徑R決定，與加速度電壓的大小無關(guān)。[科學(xué)推理]學(xué)習(xí)任務(wù)二

回旋加速器學(xué)習(xí)任務(wù)二

學(xué)習(xí)任務(wù)二CD

學(xué)習(xí)任務(wù)二

學(xué)習(xí)任務(wù)二

學(xué)習(xí)任務(wù)二一.質(zhì)譜儀二.回旋加速器

1、條件：

2、粒子能量：

3、運(yùn)動時(shí)間：課堂小結(jié)（忽略電場中時(shí)間）課后習(xí)題1.A、B是兩種同位素的原子核，它們具有相同的電荷、不同的質(zhì)量。為測定它們的質(zhì)量比，使它們從質(zhì)譜儀的同一加速電場由靜止開始加速，然后沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，打到照相底片上。如果從底片上獲知A、B在磁場中運(yùn)動軌跡的直徑之比是1.08∶1，求A、B的質(zhì)量之比。課后習(xí)題2.回旋加速器D形盒的半徑為r，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一個質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子在加速器的中央從速度為0開始加速。根據(jù)回旋加速器的這些數(shù)據(jù)，估算該粒子離開回旋加速器時(shí)獲得的動能。課后習(xí)題3.如圖1.4-4所示，一束電子以垂直于磁感應(yīng)強(qiáng)度B并垂直于磁場邊界的速度v射入寬度為d的勻強(qiáng)磁場中，穿出磁場時(shí)速度方向和原來射入方向的夾角為θ＝60°，求電子的比荷和穿越磁場的時(shí)間。課后習(xí)題4.回旋加速器兩個D形金屬盒分別和一高頻交流電源兩極相接，兩盒放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直