第一章 课时6 质谱仪 回旋加速器(课时学案)-2022-2023学年高二新教材物理选择性必修第二册【课时学案作业】人教版

第一章安培力与洛仑兹力 学习札记 课时6 质谱仪 回旋加速器 ⊙学习目标：(1)质谱仪。(2)回旋加速器。 ⊙重点难点：回旋加速器。 学习过程 一、基础知识疏理 ●知识点1：质谱仪 质谱仪的工作原理多种多样，此处仅举两例。 例1.质谱仪是一种测定粒子质量和分析同位素的工具，右 图是某种质谱仪的原理图。从离子源发射出某种离子，离子从S,S 出来时速度很小（视为静止），经过S,与S2间的加速电场后，沿 2 511 垂直于磁场和边界的方向从S,进人有界匀强磁场，最后到达照 灯不 相底片上的P点。某次实验中加速电压是600V,磁感应强度是0.02T,测得P点到S 的距离是0.4m,则该粒子 A.带正电 B.比荷是7.5x10'C/kg C.比荷是1.33×108kg/C D.比荷是1.875×10C/kg 例2.某种质谱仪由加速电场、静电分析器和磁分析器组 速 电场 电 成。M、N两板间有加速电场：静电分析器是一段弯管状通道（通 道中心线的半径为R,圆心在O点)，通道内有电场，该电场的 胶片0士 .Q. 方向指向0点，中心线处的场强为E;磁分析器内有磁感应强· B 磁分析器 度为B、垂直纸面向外、有理想上边界的匀强磁场。质量为m、 电荷量绝对值为g的粒子，从静止开始经加速电场加速后，沿通道中心线通过静电分 析器，然后垂直于磁场上边界进入磁分析器，最终打到胶片上。不计粒子重力。下列说 法中正确的是 A.能经历上述过程的粒子，一定带负电 取加速电场的电压等于经 C.在磁分析器中，粒子做圆周运动的半径等于1 mER gB2 D.该质谱仪既能测量粒子的质量，也能测量粒子的比荷 .103. 张永第课时学案作业·物理·选择性必修第二册 知识点2：回旋加速器 学习札记 回旋加速器的工作原理如图所示，D形 金属盒的半径为R,盒内有磁感应强度为B出 ×××× ■7 的匀强磁场。粒子源能产生质量为m、电荷量 处 交流 2T1 为g的正粒子。两盒间的缝隙很小，粒子穿过 电源 缝隙的时间忽略不计。 (1)为使粒子每旋转半周被加速一次，应在两盒之间加一个交变的加速电压。若加 速电压的波形如图所示，则该加速电压的周期是T= (2)若已知加速电压的峰值为U,则加速结束时粒子的动能是E= ,粒子在 加速器中运动的时间是t= 例3.(1)用回旋加速器对质量是m、电 荷量是g的粒子加速，已知D形盒内匀强磁 出 场的磁感应强度为B,加速电压是如图所示 处 交流 的方波电压，求该电压的变化周期T。忽略粒 电源 子在电场中的运动时间。 (2)用同一回旋加速器(D形盒半径确定，盒内磁场的磁感应强度确定)分别对质子 和氘核加速，求这两种粒子获得的最大动能之比。 例4.某回旋加速器D形盒的半径是1.0m、盒内磁场的磁感 应强度是1.0T,用它给质量是1.6×1027kg、电荷量是1.6×1019C 的质子加速。 (1)如果加速电压是如图所示的方波电压，其峰值=1000V, 求质子在加速器中的运动时间：（忽略质子在电场中运动时间。结果保留三位有效数字） (2)设想质子只经过一次加速而获得相同的动能，求加速电压U。 ·104·