1.4洛伦兹力的应用之质谱仪与回旋加速器 课件-2024-2025学年高二下学期物理教科版（2019）选择性必修第二册

质谱仪和回旋加速器 质谱仪的构造 主要由以下几部分组成 ① 离子源 ② 加速电场 ( U ) ③ 速度选择器 ( B1、E ) ④ 偏转磁场 ( B2) ⑤ 照相底片 质谱仪的工作原理 （1）在加速电场中，带电粒子获得速度，即 （2）在速度选择器中，只有满足 qvB1 = qE，即 粒子才能通过 速度选择器。 （3）在偏转磁场中，带电粒子做匀速圆周运动，其运动半径为： V形同，B2相同，因此不同比荷（q/m）的带电粒子进入磁场后将沿不同的半径做圆周运动 质谱仪作用： 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 1. (多选)同位素质谱仪是分离和检测不同同位素的仪器.如图所示为质谱仪的原理图.若互为同位素的三个粒子从S1处无初速度释放进入电场,经电压为U的加速电场加速后,垂直于磁场边界从S3处进入匀强磁场,经磁场偏转后打在底片上,磁场的磁感应强度大小为B,不计粒子的重力,则下列说法正确的是(　 ) A.质量大的粒子由电场进入磁场时的速度大 B.比荷大的粒子打在底片上的位置离S3远 C.质量大的粒子打在底片上的位置离S3远 D.某一粒子打在底片上的位置到S3的距离与成正比 CD 2、如图从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直．已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1，并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l.不计重力影响和离子间的相互作用．求： (1)磁场的磁感应强度大小；      (2)甲、乙两种离子的比荷之比． B＝. 1:4 回旋加速器 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。 + - v1 + - v2 v3 v4 v m 2.原理： (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。 + - v1 + - v2 v3 v4 v m 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. 3、带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？ 4、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： + - v1 + - v2 v3 v4 v m 3、（单选）回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D形金属盒,两盒间连接一电压为U的高频交流电源,从而在盒间的狭缝中形成交变电场,使粒子每次穿过狭缝时都得到加速,两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于D形盒底面。粒子源置于D形盒的圆心附近,能不断释放出一种带电粒子(初速度可以忽略,重力不计)。已知D形盒半径为R,粒子电荷量为q、质量为m,忽略粒子在电场中运动的时间,不考虑加速过程中引起的粒子质量变化,下列说法正确的是（ ） A.交流电源的交变周期为T= B.粒子离开回旋加速器时的最大速度为vm= C.粒子第一次进入D1盒与第一次进入D2盒的半径之比为1∶2 D.粒子在电场中加速的次数为 D 13 4、（单选）回旋加速器工作原理示意图如图所示,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,两盒间的狭缝很小,粒子穿过的时间可忽略,它们接在电压为U、频率为f 的交流电源上。若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速,下列说法正确的是 (　　) A.若只增大交流电压U,则质子获得的最大动能增大 B.若只增大交流电压U,则质子在回旋加速器中运行时间会变长 C.若磁感应强度B增大,交流电频率f必须适当增大才能正常工作 D.不改变磁感应强度B和交流电频率f,该回旋加速器也能用于加速α粒子 C Lavf58.20.100 $$