(课件)第一章 4 质谱仪与回旋加速器-【精彩三年】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册课程探究与巩固教师用书word+课件PPT（人教版，浙江专用）

4　质谱仪与回旋加速器 第一章 安培力与洛伦兹力 课程解读 课标要点 学科素养 链接浙江选考 了解质谱仪和回旋加速器的工作原理 科学探究：能认识到质谱仪和回旋加速器对人类探索未知领域的重要性，知道科学发展对实验器材的依赖性 了解洛伦兹力在现代科技中的应用 目录 CONTENTS 新教材•知本与思辨 新教材•拓展与应用 01 02 新教材•知本与思辨 01 1．定义：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量及轨道半径确定其质量的仪器，叫作质谱仪。 2．原理：如图所示。 知识点一　质谱仪 知识点一　质谱仪 [思辨] 1．判断题(正确的打“√”，错误的打“”) (1)利用质谱仪可以测定带电粒子的质量。(　 　) (2)利用质谱仪可以测定带电粒子的比荷。(　 　) (3)利用质谱仪可以分析同位素。(　 　) 知识点一　质谱仪 √ √ √ 2．思考题：若初速度为0的不同粒子进入质谱仪，经同一电场加速、同一磁场偏转后，打到照相底片的同一位置，则这些粒子的相同点是什么？ 答案：比荷相同。 知识点一　质谱仪 两个中空的半圆金属盒D1和D2，处于与盒面垂直的匀强磁场中，D1和D2间有一定的电势差，如图所示。 知识点二　回旋加速器的结构和原理 知识点二　回旋加速器的结构和原理 知识点二　回旋加速器的结构和原理 3．电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的狭缝区域存在周期性变化且垂直于两个D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。根据动能定理有qU＝ΔEk。 知识点二　回旋加速器的结构和原理 知识点二　回旋加速器的结构和原理 知识点二　回旋加速器的结构和原理  √ √ 2．思考题：回旋加速器的D形盒内有无电场？ 答案：无电场。D形盒由金属导体制成，具有屏蔽外电场的作用，故盒内无电场。 知识点二　回旋加速器的结构和原理 新教材•拓展与应用 02 角度1：基于加速电场的质谱仪 例1 质谱仪的结构原理图如图所示，若从金属筒内同一位置由静止释放氢的三种同位素氕、氘、氚的原子核(不计重力)，经相同的电场加速和磁场偏转后分别打在照相底片上的A、B、C三个点，下列说法正确的是(　 　) A．氕、氘、氚原子核进入磁场时的速度相同 B．氚在磁场中运动的时间最短 C．氕在电场中加速的时间最长 类型一　质谱仪 D 类型一　质谱仪 类型一　质谱仪 如图所示，设“飘入”加速电场的带电粒子带电荷量为＋q、质量为m，两极板间电压为U，粒子出电场后垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中并做半径为r的匀速圆周运动。求带电粒子的比荷。 活学活用 活学活用 角度2：基于速度选择器的质谱仪 例2 质谱仪的示意图如图所示，速度选择器(也称滤速器)中电场强度E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外。在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，若m甲＝m乙<m丙＝m丁，v甲<v乙＝v丙<v丁，在不计重力的情况下，则打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是(　 　) A．甲、乙、丙、丁 　　 B．甲、丁、乙、丙 C．丙、丁、乙、甲 　　 D．甲、乙、丁、丙 类型一　质谱仪 B 类型一　质谱仪 如图所示，由两种比荷不同的离子组成的离子束，从静止经电场加速后，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束。离子的重力不计，下列说法中正确的是(　 　) A．两束离子的加速电压相同 B．组成A束和B束的离子质量一定相同 C．A束离子的比荷大于B束离子的比荷 D．A束离子的动能大于B束离子的动能 活学活用 C 活学活用 例3 在某回旋加速器中，磁场的磁感应强度大小为B，粒子源射出的粒子质量为m、带电荷量为q，粒子的最大回旋半径为Rm，不计粒子所受重力。 (1)粒子在盒内做何种运动？ (2)所加交变电源的周期多大？ (3)粒子离开加速器时的能量多大？ (4)设两D形盒间的电势差为U，盒间距离为d，其间电场均匀，求把静止粒子加速到上述能量所需的时间。 类型二　回旋加速器 类型二　回旋加速器 类型二　回旋加速器 类型二　回旋加速器 回旋加速器原理如图甲所示，其简化示意图如图乙所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略；磁感应强度大小为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电源频率为f，加速电压为U。若A处粒子源产生质子的质量为m、带电荷量为＋q，在加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。下列说法正确的是(　 　) 活学活用 D A．带电粒子由加速器的边缘进入加速器 B．被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大 C．质子离开