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

质谱仪与回旋加速器 质谱仪：测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具 同位素：质子数相同而中子数不同的的同一种元素 一、质谱仪 速度选择器 精密测量带电粒子质量和分析同位素（测荷质比）的仪器 发明者：阿斯顿 静电加速器 偏转磁场 感光片 一、质谱仪 经过S3偏转磁场： 经过S1电场加速： 带电量相同，但质量不同的粒子会打在底片上不同位置，出现一系列的谱线，不同质量对应不同谱线，叫做质谱线。 经过S2速度选择 如图,一束正离子先后经过速度选择器和匀强磁场区域,则在速度选择器中沿直线运动且在匀强磁场中偏转半径相等的离子一定具有相同的(　　)　 　　　　　　 A.电荷量和质量 B.质量和动能 C.速度和比荷 D.速度和质量 C 如图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。速度选择器内正交的匀强磁场和匀强电场的磁感应强度和电场强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是(　　) A.该带电粒子带负电 B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里 C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于B/E D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越大 D 为了认识原子核内部结构，用粒子做“炮弹”轰击它 问题1： 如何加速带电粒子？ 让粒子通过加速电场，可对粒子加速。 q U 问题探究 质子之间存在强相互作用 采用多次加速的方法 问题2： 如何使粒子获得较大动能？ 1.直线加速器 问题探究 北京正负电子对撞机 长202m的直线加速器，周长240m的圆形加速器（也叫储存环） 问题3、如何解决直线加速器占用空间大的缺点？ 利用磁场让粒子做圆周运动。 1.交变电压的频率 交变电压的周期就是粒子做圆周运动的周期 e o Em T/4 2T/4 3T/4 T π/2 π 3π/2 2π ωt t 2.粒子加速的最大动能由盒的半径决定 电场加速过程中,时间极短,可忽略 每次加速获得能量为qU,每圈加速2次，若加速n圈 3.粒子在加速器内运动时间 结论 1.在磁场中做圆周运动,周期不变 2.每一个周期加速两次 3.电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同 4.电场一个周期中方向变化两次 6.粒子加速的最大速度由盒的半径决定 5.电场加速过程中,时间极短,可忽略 1、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源两极相连的两个D形金属盒,两盒间的狭缝中有周期性变化的电场,使带电粒子在通过狭缝时都能得到加速。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(重力不计),下列方法可行的是(　　) A.增大交变电压 B.增大磁感应强度 C.改变磁场方向 D.增大D形盒的半径 BD 2、(多选)回旋加速器的原理如图所示,它由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙。下列说法正确的是(　　) A.回旋加速器所接交变电压的周期等于带电粒子做匀速圆周运动周期的一半 B.利用回旋加速器加速带电粒子,要增大粒子的最终能量,应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R C.回旋加速器的加速电压越大,带电粒子获得的最大动能越大 D.粒子每次经过两D形盒间的狭缝时,电场力对粒子做功一样多 BD $$