1.4 质谱仪与回旋加速器 导学案 -2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

2023~2024高二物理导学案 编制： 审核： 学生姓名： 学生学号： 使用日期： 2023~2024高二物理导学案 编制： 审核： 学生姓名： 学生学号： 使用日期： 1.4 质谱仪与回旋加速器 第1课时　质谱仪与回旋加速器 【学习目标】 素 养 目 标 学 科 素 养 1.知道质谱仪的构造及工作原理，会确定粒子在磁场中运动的半径，会求粒子的比荷 2.知道回旋加速器的构造及工作原理，知道交流电的周期与粒子在磁场中运动的周期之间的关系，知道决定粒子最大动能的因素 认真严谨的科学态度 【自主学习】 一、质谱仪 1．质谱仪构造：主要构件有 、 和照相底片． 2．运动过程 (1)带电粒子经过电压为U的加速电场加速，qU＝ . (2)垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做 运动，r＝ ，可得r＝ . 3．分析：从粒子打在底片D上的位置可以测出圆周的半径r，进而可以算出粒子的 ． 二、回旋加速器 1．回旋加速器的构造：两个D形盒，两D形盒接 电源，D形盒处于垂直于D形盒的 中。 2．工作原理 (1)电场的特点及作用 特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在 变化的电场． 作用：带电粒子经过该区域时 ． (2)磁场的特点及作用 特点：D形盒处于与盒面垂直的 中． 作用：带电粒子在 作用下做 运动，从而改变运动 ，半个圆周后再次进入电场． 【典例剖析】 考点一：质谱仪问题 【例1】(多选)质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备，它的构造原理如图所示．离子源S产生的各种不同正离子束(速度可视为零)，经M、N间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点．设P到S1的距离为x，则(　　) A．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越小 B．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越大 C．只要x相同，对应的离子质量一定相等 D．只要x相同，对应的离子的比荷一定相等 【变式练习】(2016·课标全国Ⅰ)现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场．若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍．此离子和质子的质量比约为(　　) A．11　　　　　　　 B．12　　　　　　　 C．121　　　　　　　 D．144 考点二：回旋加速器问题 【例2】(多选)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，使粒子在通过缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，下列说法中，正确的是(　　) A．增大匀强电场间的加速电压 B．增大磁场的磁感应强度 C．减小缝间的距离 D．增大D形金属盒的半径