第1章 4.质谱仪与回旋加速器-【金版新学案】2023-2024学年新教材高二物理选择性必修 第二册同步课堂高效讲义配套课件（人教版）

4.质谱仪与回旋加速器 　　　　第一章　安培力与洛伦兹力 知识点二　回旋加速器 知识点一　质谱仪 素养培优专栏　带电粒子在交变电磁场中的运动 课时精练 随堂演练 内 容 索 引 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 学科 知识 1．质谱仪的理解与应用 2．回旋加速器的理解与应用 3．带电粒子在复合场中的运动 学科 能力 1．了解质谱仪和回旋加速器的工作原理 2．经历质谱仪工作原理的推理过程，体会逻辑推理的思维方法 3．了解回旋加速器面临的技术难题，体会科学与技术之间的相互影响 学科 素养 1．科学思维：能自主推导质谱仪的工作原理 2．科学探究：能自主探究回旋加速器交变电流的周期 3．科学态度与责任：深入理解物理学对现代生活、科技和社会发展的促进作用 学习目标 知识点一　质谱仪 索引 情境导学 1．一束质量、速度和电荷量不同的正离子(不计重力)垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域，结果发现有些离子保持原来的运动方向，未发生任何偏转，这些离子速度有什么特点？ 提示：相等　 2．如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束，对这些进入另一磁场的离子，它们的比荷是否相同？ 提示：不同 1．原理：如图所示，带电粒子经加速电场加速后垂直于磁场方向进入匀强磁场，最后打在照相底片上，不同质量的粒子在照相底片上位置不同。 基础梳理 qU qvB 1．质谱仪工作时，在电场和磁场确定的情况下，比荷相同的不同带电粒子在磁场中的半径相同。( ) 2．在同一质谱仪中，同位素在质谱仪中的轨迹半径相同。( ) 判断正误 √ × 质谱仪工作原理中的几个关系 核心归纳 例1　 (多选)若速度相同的三个带电粒子(不计重力)由左端射入质谱仪的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是 A．三个带电粒子都带负电 B．速度选择器的P1极板带负电 C．三个粒子通过狭缝S0时速率等于 D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷 越小 √ √ 带电粒子进入匀强磁场B2时向下偏转，根据左手定则判断得知三个粒子带正电，A错误；粒子在平行金属板中受到电场力和洛伦兹力两个作用力而做匀速直线运动，由左手定则可知，洛伦兹力方向竖直向上，则电场力方向竖直向下，粒子带正电，电场强度方向竖直向下，所以速度选择器的P1极板带正电，B错误；粒子能通过狭缝，电场力与洛伦兹力平衡，则有qvB1＝qE，解得v＝ C正确；粒子进入匀强磁场B2中受到洛伦兹力而做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得qvB2＝m ，解得r＝ 可见，由于v是一定的，B2不变，半径r越大，则 越小，D正确。 针对练1.(2022•湖北黄冈高二期中)质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具。图中的铅盒A中的放射源放出大量的带正电粒子(可认为初速度为零)，从狭缝S1进入电压为U的加速电场区加速后，再通过狭缝S2从小孔G垂直于MN射入偏转磁场，该偏转磁场是以直线MN为切线、磁感应强度为B、方向垂直于纸面向外、半径为R的圆形匀强磁场，现在MN上的F点(图中未画出)接收到该粒子，且GF＝ R，则该粒子的比荷为(粒子的重力忽略不计 √ 针对练2.(2022•河南信阳市高二期中)如图为一种质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由以下几部分构成：离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器。静电分析器通道中心线MN所在圆的半径为R，通道内有均匀辐向的电场，中心线处的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面、磁感应强度为B的匀强磁场，磁分析器的左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为＋q的离子(初速度为零，重力不计)，经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线MN做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器(进入收集器时速度方向与O2P平行)。下列说法正确的是 A．磁分析器中匀强磁场的方向垂直于纸面向内 B．加速电场中的加速电压U＝ ER C．磁分析器中轨迹圆心O2到Q点的距离d＝ D．任何带正电的离子若能到达P点，则一定能进入收集器 √ 索引 知识点二　回旋加速器 索引 劳伦斯设计并研制出了世界上第一台回旋加速器，为进行人工可控核反应提供了强有力的工具，大大促进了原子核、基本粒子的实验研究。 (1)在回旋加速器中运动的带电粒子的动能来自于电场，还是磁场？ 提示：带电粒子的动能来自于电场。 (2)带电粒子从回旋加速器中出来时的最大动能与哪些因素有关？ 提示：由动能Ek＝ 可知带电粒子的最大动能与带电粒子的质量、带电粒子的电荷量、回旋加速器的半径和磁场磁感应强度有关。 情境导学 1．构造：两个半圆形________处于与盒面垂直的匀强磁场中，两金属盒间接______电源。 2．原理：