1.4质谱仪与回旋加速器—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第二册课件

质谱仪与回旋加速器 4 第一章 安培力与洛伦兹力 人教物理选择性必修2 2.结构：如图所示 一 质谱仪 1.应用：测量带电粒子质量和分析同位素。 3.原理 加速电场U1： 速度选择器E,B： 偏转磁场B0：不同粒子偏转半径不同 m不同，r 就不同 加速器是对物理粒子进行加速，从而对其他粒子实现高速撞击后借以研究物质内部结构的设备. 因为直线加速的长度可能导致加速器长度太大无法建造，所以出现了回旋加速器，也就是把一个直的轨道弯曲起来。 1.应用：使带电粒子动能增加，从而获得高能粒子 2.结构：两个D形金属盒，如图所示 二 回旋加速器 1） E：使粒子加速 2） B：使粒子偏转，速率不变 3.原理 接高频电源 回旋加速器原理 v0 v4 v1 v5 v3 v2 粒子源 交变电场 磁场 电场 4） 粒子最大动能：离开半径与金属盒半径相同 粒子q、m及B一定，粒子获得的最大动能与回旋加速器的半径R有关，R越大，Ek越大。 3） 加速条件： 6） 粒子加速次数 7） 粒子运动的总时间t 因为t2>>t1，所以认为t ≈ t2. 5）回旋加速器不可无限加速。 粒子速度v接近光速c时，质量变大，磁场中运动周期改变，与交变电场周期不同步. 改进： 电场：t1 磁场： 一 质谱仪 二 回旋加速器 1）应用 2）结构：主要部分：速度选择器 3）原理：质量不同偏转半径不同 1）应用 2）结构：D形金属盒，加电场和磁场 3）原理： 课堂小结 E：加速 B：偏转 1.判断 (1)因不同原子核的质量不同，所以同位素在质谱仪中的轨迹半径不同。(　　) (2)利用质谱仪可以用来测算粒子的比荷。(　　) (3)相比于多级直线加速器，回旋加速器的优点是占用空间小。(　　) (4)随着粒子速度的增加，回旋加速器两盒间电势差的正负改变应该越来越快，以便使粒子经过盒缝处刚好被加速。(　　) √ √ √ × 　 2.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比值约为(　　) D A．11 B．12 C．121 D．144 2.回旋加速器的工作原理如图1所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m、电荷量为＋q，加在狭缝间的交变电压如图2所示，电压值的大小为U0，周期T＝ 。一束该种粒子在t＝0时刻从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零。现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用。求： (1)出射粒子的动能Em； (2)设粒子被加速n次达到动能Em 粒子在狭缝间的运动可等效成匀加速直线运动，设n次经过狭缝的总时间为Δt 根据匀变速直线运动的规律有 解得 由 解得 解:(1)粒子在磁场中的运动半径为R时， ，且 ，解得 则Em＝nqU0，解得 则加速度 感谢观看 $$