第1章 课时4 质谱仪与回旋加速器-（课件）2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册【南方凤凰台·5A新学案】人教版（安徽版）

第一章　安培力与洛伦兹力 课时4　质谱仪与回旋加速器 第1页 第一章　安培力与洛伦兹力 5A新学案 物理 · 选择性必修第二册 核心 目标 1. 了解质谱仪和回旋加速器的的基本构造、工作原理及应用． 2. 理解磁偏转与电偏转的特点，能分析带电粒子、带电体在复合场中的运动问题. 必备知识·记忆理解 要点笔记 要点1　质谱仪 质谱仪是可以把不同的粒子分开、测量带电粒子的质量、计算比荷和分析__________的重要仪器． 同位素 要点2　回旋加速器 回旋加速器是利用电场对带电粒子加速、利用磁场对带电粒子偏转来获得高能粒子的装置． 　 1. 工作原理： D1和D2是两个中空的半圆金属盒(称为D形盒)，置于真空中．由大型电磁铁产生的磁场垂直于金属盒，使带电粒子在D形盒内做匀速圆周运动．加于两D形盒间的周期性变化的电压，在两盒空隙间产生周期性变化的电场，总能使带电粒子通过时被加速．如此回旋，每经过半个圆周，粒子便加速一次．最后当被加速粒子趋于D形盒边缘时，通过特殊装置将其引出，即获得高能量粒子． 2. 具体分析： 设带电粒子质量为m、电荷量为q，D形盒半径为R，缝隙间电压为U. (1) 为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，在窄缝两侧加上的电压的变化周 期应跟带电粒子在D形盒中运动的周期相同．即：T电场＝T回旋＝____________，恰好这也是一个定值，技术上可以满足． 3．特别提醒： (1) 要提高带电粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R. (2) 能量达到25～30 MeV后就很难再加速了．由狭义相对论可知，粒子的质量随着速度的增大而增大，而质量的变化会导致其回旋的周期的变化，从而破坏了与电场变化的同步． 基础内化 1. (多选)(2022·湖北省高二上期末)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列方法可行的是( ) A. 增大磁场的磁感应强度 B. 减小狭缝间的距离 C. 增大D形金属盒的半径 D. 增大两D形金属盒间的加速电压 AC 2. (2022·安徽芜湖一中)用质谱仪研究两种同位素氧­16和氧­18.如图所示，让氧­16和氧­18原子核从质谱仪小孔S1飘入电压为U的加速电场(初速度可视为零)，然后从S3垂直进入匀强磁场发生偏转，最后打在底片上的不同地方．已知氧­16和氧­18原子核带电荷量相同，质量之比约为16∶18，从底片上获得在磁场中 运动轨迹的直径分别为d1、d2，则 d1∶d2应为( ) C 关键能力·分析应用 分类悟法 考向1　质谱仪 1. 为使进入偏转磁场的带电粒子速度更唯一，测量更准确．改进后的质谱仪如图所示，在S2与S3之间增加速度选择器． 　 (2022·福建福州第一中学)质谱仪是用来测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，如图所示，电容器两极板相距为d，两板间电压为U，极板间匀强磁场的磁感应强度为B1，方向垂直纸面向外．一束电荷量相同、质量不同的带正电的粒子，沿电容器的中线平行于极板射入电容器，沿直线匀速穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外．结果分别打在感光片上的a、b两点，设a、b两点之间距离为Δx，粒子所带电荷量为q，且不计重力． 　 (1) 求粒子进入磁场B2时的速度v的大小． (2) 求打在a、b两点的粒子质量之差Δm. (3) 比较这两种带电粒子在磁场B2中运动时间的大小关系，并说明理由． 　 (2022·广东清远高二上期末)某回旋加速器的核心构件如图所示．D形盒的半径为R，所加匀强磁场的磁感应强度大小为B.在两D形盒之间接上交变电压，被加速的粒子为质子，其质量为m、电荷量为e.质子从D形盒中央由静止开始，每转半圈被加速一次，加速电压恒为U，经若干次加速后，质子从D形盒边缘被引出．忽略质子的加速时间，不考虑相对论效应和重力作用．求： 　 (1) 高频交变电压的频率f. (2) 质子获得的最大动能Ekm. (3) 质子在回旋加速器中运动的总时间t. 巩固验收 1. (多选)(2022·广东茂名电白区高二上期末)质谱仪的工作原理如图所示，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器内．相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E，平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场．下列说法中正确的是( ) AC 2. (2022·江苏南京六校联合调研) 如图所示为回旋加速器的示意图，两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的