1.4 质谱仪与回旋加速器 课件-2022-2023学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

质谱仪与回旋加速器 质谱仪 知识点： 1、质谱仪的原理和用途 2、质谱仪的应用 ①轨道半径 ②粒子质量 ③粒子比荷（重点、考点） 质谱仪与回旋加速器 回旋加速器 知识点： 1、回旋加速器的工作原理 2、带电粒子的最终动能（重点、考点） 3、带电粒子的加速次数（重点、考点） 4、带电粒子的运动时间（重点、考点） 快做笔记！ 质谱仪 1.质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量、轨道半径确定其质量的仪器。 2.结构及作用 ： ①电离室：使中性气体电离，产生带电粒子 ②加速电场：使带电粒子获得速度 ③粒子速度选择器：以相同速度进入偏转磁场 ④偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离 ⑤照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径 电离室 加速电场 偏转磁场 照相底片 速度选择器 思考：在科学研究和工业生产中，常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其中所含物质的成分。利用所学的知识，你能设计一个方案，以便分开电荷量相同、质量不同的带电粒子吗？ 3 质谱仪 原理图               加速电场 速度选择器 3.原理：     在偏转磁场中： 4.作用： ①可测粒子的质量及比荷 ②与已知粒子半径对比可发现未知的元素和同位素               由于粒子的荷质比不同，则做圆周运动的半径也不同，因此打到不同的位置。 由粒子质量公式可知，如果带电粒子的电荷量相同，质量有微小差别，就会打在照相底片上的不同位置，出现一系列的谱线，不同质量对应着不同的谱线，叫作质谱线。 4 典例：如图所示为质谱仪的原理示意图，现让某束离子（可能含有多种离子）从容器A下方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场。经电场加速后垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，在核乳胶片上形成a、b两条“质谱线”，则下列判断正确的是（　 　） A．a、b谱线的对应离子均带负电 B．a谱线的对应离子的质量较大 C．b谱线的对应离子的质量较大 D．a谱线的对应离子的比荷较大 D   C 课堂练习 典例：（多选）质谱仪的结构原理图如图所示，水平极板S1、S2间有垂直极板方向的匀强电场，圆筒N内可以产生质子和氚核，它们由静止进入极板间，经极板间的电场加速后进入下方的匀强磁场．在磁场中运动半周后打到底片P上，不计质子和氚核受到的重力及它们间的相互作用，下列判断正确的是（ ） A．质子和氚核在极板间运动的时间之比为1:3 B．质子和氚核在磁场中运动的时间之比为1:1 C．质子和氚核在磁场中运动的速率之比为 D．质子和氚核在磁场中运动的轨迹半径之比为 CD 1．加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，qU=Ek． 2．直线加速器，多级加速如图所示是多级加速装置的原理图： 直线加速器 由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为： 3．直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制． 回旋加速器 1932 年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内对带电粒子进行多级加速。 第一台回旋加速器 原理图 接高频 电源 狭缝 原理图 粒子源             原理图 最终动能、加速次数、运动时间 9 2．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的周期性变化的电场，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，则下列说法中正确的是（ ） A．增大匀强电场间的加速电压 B．减小磁场的磁感应强度 C．减小周期性变化的电场的频率 D．增大D形金属盒的半径 D 课堂练习 典例：（多选）回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U、频率为f的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是（　 　） A．若只增大交流电压U，则质子获得的最大动能增大 B．若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短 C．若磁感应强度B增大，交流电频率f必须适当减小才能正常工作 D．需要改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器才能用于加速其他粒子 BD 典例：如图所示，粒子回旋加速器由两个D形金属盒组成，两个D形盒正中间开有一条窄缝。两个D形盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压，使正粒子每经过窄缝都被加速，中心S处的粒子源产生初速度为零的正粒子，经狭缝电压加速后，进入D形盒中，己知正粒子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R。每次加速的时间很短，可以忽略不计，下列说法正确的是（　　 ） A．交变电压的周期为 B．交