第1章 第4节 第2课时 回旋加速器 质谱仪-【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（粤教版）

第2课时 回旋加速器 质谱仪 　　　　 第一章　第四节　洛伦兹力与现代技术 核心素养目标 物理观念 了解质谱仪与回旋加速器的工作原理。 科学思维 会用带电粒子在电场中的加速和在匀强磁场中的匀速圆周运动分析质谱仪与回旋加速器的工作原理。 科学探究 探究回旋加速器交流电周期和带电粒子在磁场中做圆周运动周期的关系。 科学态度 与责任 通过了解质谱仪与回旋加速器的工作原理，知道带电粒子在匀强磁场中的知识在现代科学技术中是有广泛应用的，激发学生学习和研究物理的好奇心与求知欲，在紧密联系实际中培养学生的创新能力。 知识点二　质谱仪 知识点一　回旋加速器 随堂演练 课时精练 内 容 索 引 知识点一　回旋加速器 索引 情境导学 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电场，还是磁场？ 提示：带电粒子的动能来自电场。 (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。 基础梳理 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：粒子源产生的带电粒子在__________被电场加速，在金属盒内做匀速圆周运动，经__________之后，当粒子再次到达两盒间的缝隙时，这时控制两盒间的电势差，使其恰好改变正负，于是粒子又被加速。如此，粒子一次次被加速使速度增加到很大。 3．条件：高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期______。粒子每经过两金属盒缝隙时都被加速，其轨道半径就大一些，粒子做匀速圆周运动的周期______。 金属盒 交流 两盒之间 半个圆周 相同 不变 判断正误 1．回旋加速器所加交变电压的频率与带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的频率相同。( ) 2．利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子的最终速度，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。( ) 3．增大两D形盒间的电压，可以增大带电粒子所获得的最大动能。( ) 4．回旋加速器中带电粒子的动能来自磁场。( ) √ √ × × 核心归纳 1．粒子加速到的最大动能 (1)粒子做匀速圆周运动的最大半径等于D形盒的半径。 (多选)(2022·安徽亳州高二期末)利用回旋加速器可以获得高能粒子，如图为回旋加速器的原理图。其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，D形盒的半径为R，两盒间的狭缝间施加周期性变化的电场，交变电场的周期为T，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中。匀强磁场的磁感应强度为B。关于回旋加速器加速粒子，下列说法正确的是 A．粒子在电场和磁场中都可以获得能量 例1 √ √ 针对练1．图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频交流电源相连。带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示。忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是 A．在Ek-t图像中应有t4－t3<t3－t2<t2－t1 B．加速电压越大，粒子最后获得的动能就越大 C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大 D．要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的面积 √ 针对练2．(多选)医用回旋加速器示意图如图所示，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并与高频电源相连。现分别加速氘核( H)和氦核( He)。下列说法中正确的是 A．它们的最大速度相同 B．它们的最大动能相同 C．两次所接高频电源的频率相同 D．增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能 √ √ 索引 知识点二　质谱仪 索引 1．一束质量、速度和电量不同的正离子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，它们的速度有什么特点？ 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 情境导学 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。 2．加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场被加速，由动能定理得 mv2＝_____，由此可知v＝ 。 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