第1章 第4讲 质谱仪与回旋加速器-【考点同步解读】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版）

第一章>安培力与洛伦滋力儿 第4讲 质谱仪与回旋加速器 高考要求学业标准·考站分析 一考点分布 学科素养 ·命题趋势· L,质谱仪的工作原理、粒子比荷的 高考对本讲的考查既有选择题、也有计算 推断.（★★） 题，命题点为电子束的磁偏转基本规律的理解 2.回旋加速器的工作原理.（★★） 与应用.其中质谱仪和回旋加速器的工作原理 科学思维 的理解，相关参数的计算是重点，再现频率较 3.回旋加速器加速粒子的时间、终 高，平均难度中等偏上，配分较高，题型为选择 极速度的推断.（★★） 题或计算题.分值为6~12分. 第 考点分类考点透析·典例制祈 考点1 质谱仪 5年3考 第 四 核心总结。 ☆名师点拔… 1.结构 (1)粒子的比荷 质谱仪由静电加速电场、速度选择器、偏转磁场、感光片等 五章 组成，如图所示 旦叫作比荷，即电荷量与 质量的比值.比荷在科学研究 加逃 中有重要的意义，用质谱仪可 U 电场 测出带电粒子的比荷 该通 感光片 选择器 (2)质谱线 B、 偏转 由9.2U n可知，如果带 电粒子的电荷量相同，质量有 2.工作原理 微小差别，就会打在服相底片 (1)粒子源产生的粒子在进入加速电场时的速度很小，可 上的不同位置，出现一系列的 以认为等于0，则加速后有gU=,所以 2qU 谱线，不同的质量对应着不同 的请线，叫作质语线。 (2)只有做匀速直线运动的粒子才能通过速度选择器，即 E=mB,所以景 (3)粒子轨迹半径r=是，②m心，粒子质量m= BV q 2U ,比 荷 2U mB产 31■ 考点同步解读〉高中物理送摔性必修第二册R」乡 ⊙考题而[经典·北京高考]利 然拓展延伸 用电场和磁场，可以将比荷不同的离 质谱仪的应用 子分开，这种方法在化学分析和核技 质谱仪最初是由问斯频 术等领域有重要的应用.如图所示的 狼缝 设计的，他用质谱仪发现了 加速电场 矩形区域ACDG(AC边足够长)中存 氖-20和氖-22，证实了同位 高子源 素的存在.质谱仪是一种精密 在垂直于纸面的匀强磁场，A处有一狭缝.离子源产生的离子，经 仪器，是测量带电粒子的质量 静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA边且垂直于磁场的方向射 和分析同位素的重要工具. 人磁场，运动到GA边，被相应的收集器收集.整个装置内部为 真空 第 已知被加速的两种正离子的质量分别是，和m2(1>2), 电荷量均为4.加速电场的电势差为U,离子进入电场时的初速度 第 可以忽略.不计重力，也不考虑离子间的相互作用. (1)求质量为m1的离子进入磁场时的速率山. (2)当磁感应强度的大小为B时，求两种离子在GA边落点 ☆名师点拔… 第 的间距s. 对于考题1第(3)问，关 键有两点雾要特别注意： (3)在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭 第五章 1.因为狭缝有一定宽度， 缝具有一定宽度.若狭缝过宽，可能使两束离子在GA边上的落 而且秩缝之内每一位置均有 点区域交叠，导致两种离子无法完全分离.设磁感应强度大小可 两种不同粒子飞出，而两种粒 块 调，GA边长为定值L,狭缝宽度为d,狭缝右边缘为A处.离子可 子的磁偏转半径不同，有 以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于GA边且垂直于磁 R>R.要使两种粒子不发生 场.为保证上述两种离子能落在GA边上并被完全分离，求狭缝 重叠，临界状态是1粒子从 的最大宽度 狭缝的最右端入射，：粒子 从缝的最左端入射，并且它们 解析(1)由动能定理有qU= 21所， 在GA上的落点拾好重合，如 2qU 图所示， 得功 ① 12 RR器 (2)由牛领第二定律有gwB=" 利用①式得离子在磁场中的轨道半径分别为 0.0 A -d R 2mU 2m2U 9B2 ② 2.若粒子m从狭缝的最 如图所示，两种离子在GA边落点D 左端入射，落点恰好在G点， 的间距 对应狭缝有最大宽度， s=2(R1-R2)= 8U (√m1-√2). (3)质量为m1的离子在GA边上的 32 第一章〉安培力与洛伦滋力 落点都在其入射点左侧2R1处，由于狭缝的宽度为山，因此落，点 区域的宽度也是d.同理，质量为2的离子在GA边上落点区域 的宽度也是d 为保证两种离子能完全分离，两个区域应无交叠，条件为 2(R1-R2)>d. ③ 将@式代入③式，得2R1-√册）>d, R1的最大值满足2R1m=L一d, 得L-d1一√m ）>d, 求得最大值d。=二他L 2√m1-√2 ⊙变式1[经典·全国高考]现代 质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离 酷场 子，其示意图如图所示，其中加速电压恒 加迷电场 定，质子在入口处从静止开始被加速电场 出2 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人口处从静止开始被同一加速电场加速，为 五童 使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开