1.4质谱仪与回旋加速器 课件-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

nullnullnull1.4 质谱仪与回旋加速器 教师： 日期： 月 日 物理雾里悟理 思考：太阳每天都会向我们地球发射大量的带电粒子。 那么这些粒子都是什么种类的粒子？ 这些粒子地球上都有吗？ 这时我们需要的是将这些粒子分开来？怎么做到呢？ 新课引入: 物理雾里悟理 电场方案： 先用加速电场加速比荷不同的带电粒子，再用匀强电场使带电粒子偏转，从而把它们分开。原理图如图所示： U0 L y U d m , q （1）先加速 （2）再偏转（类平抛运动） 由： 得： 纵向： 横向： 得： 由粒子的轨迹方程可知，粒子的轨迹与粒子的性质无关，无法分开比荷不同的粒子。 站立式讨论: 物理雾里悟理 质谱仪是用来分离同位素、检测它们的相对原子质量的仪器。 Francis Wi11iam Aston (1877－1945)阿斯顿有一句名言:“要做更多的仪器,还要更多地测量 一、质谱仪 物理雾里悟理 电离室 加速电场 偏转磁场 照相底片 电离室：使中性气体电离，产生带电粒子 加速电场：使带电粒子获得速度 偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离 照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径 一、质谱仪 物理雾里悟理 站立式讨论：你能根据所学知识解释一下质谱仪的工作原理吗？ 电离室 加速电场 偏转磁场 照相底片 （1）先加速 （2）再偏转(匀速圆周运动） 由： 得： 得： 这样比荷不同的粒子就可以被分开了。 一、质谱仪 质谱仪还可以计算粒子的质量，可以根据入射孔和底片计算出带电粒子在磁场中偏转半径r,则有： 物理雾里悟理 加速电场 速度选择器 电离室 加速电场 偏转磁场 照相底片 速度选择器 速度选择器E，B： 偏转磁场B0： 观察改进后质谱仪的结构，这样的设计有什么优点？ 质谱仪的改进 站立式讨论：若粒子初速度不为零，上述结论是否还成立，如何克服这一问题带来的困难？ 物理雾里悟理   C １. 你能行！！ 物理雾里悟理 2、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。速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度和匀强电场的电场强度分别为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.质谱仪是分析同位素的重要工具 B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P, 粒子的比荷越小 ABC 你能行！！ 物理雾里悟理 二、回旋加速器 回顾：直线加速器 直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制。 物理雾里悟理 那么如何使带电粒子做曲线运动呢? 能否让粒子拐个弯，从而在一个有限的空间里一直加速呢? U U + U B B + 物理雾里悟理 1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内进行多级加速。观察结构，并尝试说明其工作原理？ 工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件——两个D形盒和其间的窄缝内完成。 二、回旋加速器 物理雾里悟理 接高频 电源 狭缝 粒子源             回旋加速器要如何设置才能保证电荷始终被加速？ 带电粒子在D形盒中运行的周期： 加速条件 每过 电场方向要改变一次。 二、回旋加速器（结论一） 物理雾里悟理 站立式讨论：粒子加速后的最大速度或最大能量是多少，它们由什么因素决定？跟电压大小有关系吗？ 粒子最大动能： （离开半径与D形盒半径相同） 对某种粒子q、m一定，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和回旋加速器的半径R决定，与加速度电压的大小无关。 二、回旋加速器（结论二） 物理雾里悟理 5．如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m，电量为q的质子，质子每次经过电场区时，都恰好在电压为U时被加速，且电场可视为匀强电场，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出。下列说法正确的是（ ） A．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高， 质子的能量E将越大 B．磁感应强度B不变，若加速电压U不变，D形盒半径R越大， 质子的能量E将越大 C．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高， 质子在加速器中的运动时间将越长 D．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高， 质子在加速器中的运动时间将越短 BD 3. 你能行！！ 物理雾里悟理 一. 质谱仪 二. 回旋加速器 1、条件： 2、粒子能量： 3、运动时间： 课堂小结 物理雾里悟理 Lavf58.29.100 $$