第1章 第4节 质谱仪与回旋加速器(课件PPT)-【优化指导】2020-2021学年新教材高中物理选择性必修第二册 (人教版)

安培力与洛伦兹力 第一章 第4节　质谱仪与回旋加速器 返回导航 第一章　安培力与洛伦兹力 物理 选择性必修 第二册 R 课程内容要求 核心素养提炼 1.了解质谱仪的结构，知道其工作原理，会解决带电粒子运动的相关问题． 2．了解回旋加速器的结构，知道其工作原理，会解决带电粒子加速的相关问题. 1.科学思维：通过带电粒子在质谱仪和回旋加速器的运动分析，体会物理模型在探索自然规律中的作用． 2．科学态度与责任：通过质谱仪和回旋加速器在实际生活中的应用，体会科学技术对社会发展的促进作用. 栏目索引 教材知识梳理 知识方法探究 随堂达标训练 返回导航 第一章　安培力与洛伦兹力 物理 选择性必修 第二册 R 一、质谱仪 同位素 qU qvB 教材知识梳理 1．质谱仪的用途：测定带电粒子质量和分析__________的重要工具． 2．质谱仪工作原理 (1)粒子经过同一电场加速，由动能定理知______＝eq \f(1,2)mv2. (2)垂直进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动，_______＝meq \f(v2,r)得：r＝eq \f(1,B) eq \r(\f(2mU,q)). 返回导航 第一章　安培力与洛伦兹力 物理 选择性必修 第二册 R [判断] (1)同位素经加速电场加速后获得的速度相同．(　　) (2)因不同原子的质量不同，所以同位素在质谱仪中的半径不同．(　　) × √ 返回导航 第一章　安培力与洛伦兹力 物理 选择性必修 第二册 R 1．回旋加速器的工作原理：回旋加速器主要由两个_________组成，两D形盒之间的________使带电粒子加速，垂直于D形盒的________使带电粒子回旋． 2．交流电源的周期：回旋加速器交流电源的周期等于带电粒子______________________. 二、回旋加速器 D形盒 电场 磁场 在磁场中的运动周期 返回导航 第一章　安培力与洛伦兹力 物理 选择性必修 第二册 R [思考] 回旋加速器所用交流电压的周期由什么决定？ 提示　为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使之能量不断提高，交流电压的周期必须等于带电粒子在回旋加速器中做匀速圆周运动的周期，即T＝eq \f(2πm,qB).因此，交流电压的周期由带电粒子的质量m、带电粒子的带电量q和加速器中的磁场的磁感应强度B来决定． 返回导航 第一章　安培力与洛伦兹力 物理 选择性必修 第二册 R 在如图所示的质谱仪中，粒子在S1区域做什么运动？在S2区域做何种运动？粒子进入磁场时的速率为多大？粒子在磁场中运动的轨道半径是多大？ 探究点一　质谱仪 知识方法探究 返回导航 第一章　安培力与洛伦兹力 物理 选择性必修 第二册 R 提示　在S1区域做初速度为零的匀加速直线运动．在S2区域做匀速直线运动．进入磁场时的速率为v＝eq \f(E,B0). 在磁场中运动的轨道半径r＝eq \f(mE,qBB0). 返回导航 第一章　安培力与洛伦兹力 物理 选择性必修 第二册 R 1．原理图：如图所示． 返回导航 第一章　安培力与洛伦兹力 物理 选择性必修 第二册 R 2．过程分析 (1)加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得：qU＝eq \f(1,2)mv2. (2)偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：qvB＝eq \f(mv2,r). 由以上两式可以求出粒子的运动半径r、质量m、比荷eq \f(q,m)等．其中由r＝eq \f(1,B) eq \r(\f(2mU,q))可知电荷量相同时，半径将随质量变化． 3．质谱仪的应用：可以测定带电粒子的质量和分析同位素． 返回导航 第一章　安培力与洛伦兹力 物理 选择性必修 第二册 R 如图所示，在x轴的上方存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B0的匀强磁场，位于x轴下方的离子源C发射质量为m、电荷量为q的一束负离子，其初速度大小范围为0～eq \r(3)v0.这束离子经电势差为U＝eq \f(mv\o\al(2,0),2q)的电场加速后，从小孔O(坐标原点)垂直x轴并垂直磁场射入磁场区域，最后打到x轴上．在x轴上2a～3a区间水平固定放置一探测板eq \b\lc\(\rc\)(\a\vs4\al\co1(a＝\f(mv0,qB0)))，离子重力不计． 返回导航 第一章　安培力与洛伦兹力 物理 选择性必修 第二册 R (1)求离子束从小孔O射入磁场后打到x轴的区间； (2)调整磁感应强度的大小，可使速度最大的离子恰好打在探测板的右端，求此时磁感应强度大小B1. 解析　(1)对于初速度为0的离子： qU＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,1)