1.4质谱仪与回旋加速器（同步课件）-【鼎力课堂】2023-2024学年高二物理同步备课精编优选课件+同步作业（人教版2019选择性必修第二册）

§4 质谱仪与回旋加速器 第一章 安培力与洛伦兹力 高中物理(人教版2019)选择性必修第二册 CONTENTS 新课引入 01. 质谱仪 02. 回旋加速器 03. PART 01 新课引入 复习与回顾 01 带电粒子匀强磁场中做圆周运动的轨道半径和周期怎样计算？ 思考与讨论 02 在科学研究和工业生产中，常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其中所含物质的成分。利用所学的知识，你能设计一个方案，以便分开电荷量相同、质量不同的带电粒子吗？ PART 02 质谱仪 01 结构与作用 (1)构造：由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。 加速电场 偏转磁场 照相底片 粒子源 (2)结构及作用 ： ①加速电场：使带电粒子获得速度 ②偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离 ③照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径 02 工作原理 (1)电场中加速： 由动能定理得： 由此可得： (2)磁场中偏振： 向心力为受的洛伦兹力提供，即 所以粒子的轨道半径为 03 装置改进 (1)电场中加速： 原理图 加速电场 速度选择器 (2)经速度选择器选择速度为： (3)磁场中偏转： 04 质谱仪的作用 (1)可测粒子的质量及比荷 (2)与已知粒子半径对比可发现未知的元素和同位素 原理图 加速电场 速度选择器 思考与讨论 ? (1)要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。如何获得高速粒子？ (2)如何解决技术上不能产生过高的电压的难题？ 思考与讨论 ? 3.如何解决加速设备很长这一难题？ PART 03 回旋加速器 01 回旋加速器的构造 1.构造：两半圆金属盒D1、D2 ，D形盒的缝隙处接交流电源。D形盒处于匀强磁场中。 02 回旋加速器的工作原理 + - v1 + - v2 v3 v4 v m (1)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？ 磁场的作用是使带电粒子回旋，电场的作用是使带电粒子加速。 (2)对交变电场的周期有什么要求？ 与粒子速度大小无关。 02 回旋加速器的工作原理 + - v1 + - v2 v3 v4 v m (3)带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？ 若D形盒的最大半径为R，磁感应强度为B， 由 得粒子获得的最大速度: 最大动能决定于D型盒的半径r和磁感应强度B. 02 回旋加速器的工作原理 + - v1 + - v2 v3 v4 v m (4)带电粒子在回旋加速器中被加速的次数是多少？ 粒子获得的最大速度： 粒子每加速一次增加的能量： 粒子加速次数： 02 回旋加速器的工作原理 + - v1 + - v2 v3 v4 v m (5)带电粒子在回旋加速器磁场中运动时间是多少？ 粒子一个周期内被加速两次 粒子加速次数： 粒子在磁场中运动的时间： 03 回旋加速器的局限性 按照狭义相对论，粒子的质量随着速度的增加而增大，而质量的变化会导致其回旋周期的变化，从而破坏了与电场变化周期的同步。因此，回旋加速器加速的带电粒子，能量能达到25—30MeV后，很难再加速了。 PART 04 课堂练习 1．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，它的构造原理图如图所示。离子源S产生的各种不同正离子束（速度可视为零），经MN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同D．只要x相同，对应的离子的电荷量一定相等 课堂练习 01 B 课堂练习 01 2．如图所示是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内存在相互正交的匀强磁场和匀强电场。匀强