人教版高中物理选择性必修第2册 第一章 安培力与洛伦兹力 1 4 质谱仪与回旋加速器.pptVIP

高中物理选择性必修第二册人教版;4质谱仪与回旋加速器

1.了解质谱仪的构造及工作原理。

2.了解直线多级加速器和回旋加速器的构造及工作原理。

3.通过质谱仪和回旋加速器的学习,提高综合运用力学知识和电学知识的能力。;1.原理图:如图所示。

?

2.加速:带电粒子进入质谱仪的加速电场,由动能定理得①????qU????=?mv2。

3.偏转:带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力:

②????qvB????=?。;4.结论:r=③??????????。测出粒子的轨迹半径r,可算出粒子的质量m或比荷?。

5.应用:可以测定带电粒子的质量和分析④同位素????。;1.构造图:如图所示。

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2.核心部件:两个金属⑤????D形盒????。

3.原理:高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期⑥相同????,粒子每

经过一次加速,其轨道半径就大一些,粒子做圆周运动的周期⑦不变????。

4.最大动能:由qvB=?和Ek=?mv2得Ek=?(R为D形盒的半径),即粒子在回旋

加速器中获得的最大动能与q、m、B、R有关,与加速电压无关。;导师点睛????磁场、电场的作用

(1)磁场的作用:带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场时,只在洛伦兹力

作用下做匀速圆周运动,其中周期与速率和半径无关,使带电粒子每次进入D形盒

中都能运动相等时间(半个周期)后,平行于电场方向进入电场中加速。

(2)电场的作用:回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化并垂直

于两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,速度变大。;1.质谱仪是一种精密仪器,是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。?

(√)

2.从粒子打在质谱仪底片上的位置可以测出半圆周轨迹的半径,进而可以算出粒子

的比荷或算出粒子的质量。?(√)

3.回旋加速器的加速电压越高,带电粒子获得的最终动能越大。?(?????)

4.回旋加速器的加速条件是:带电粒子在磁场中的运动周期等于加速电压的周

期。?(√)

5.随着粒子速度的增加,回旋加速器两盒间缝隙处电势差的正负改变应该越来越

快,以便能使粒子在缝隙处刚好被加速。?(?????);1|质谱仪;问题

1.能否根据你所学的电磁学知识简略叙述质谱仪的工作原理?

提示:电荷量相同而质量有微小差别的粒子,它们进入磁场后将以不同的半径做圆

周运动,打到底片的不同地方,在底片上形成若干谱线状的细条,称为质谱线,每一条

质谱线对应一定的粒子质量,从质谱线的位置可以知道圆周的半径r,再根据r进行

计算与分析。

2.已知偏转磁场中粒子运动的轨道半径r=??(其中U是已知的加速电压),若

磁感应强度B确定,测出r,那么我们可以得到什么?

提示:粒子的比荷。

3.若磁场确定,我们控制进入的粒子具有相同的电荷量,测出r,我们可以得到有关粒

子的什么信息?

提示:质量。;质谱仪的工作原理

质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。现以下图为例说明其结

构和工作原理。

?

(1)容器A中含有大量电荷量相同而质量有微小差别的带电粒子,从下方小孔S1

飘出时,这些带电粒子的初速度可认为都为零。;(2)对某个质量为m、电荷量为q的带电粒子进行分析:经过S1和S2之间电势差

为U的电场加速后,由qU=?mv2可求得其从S2射出时的速度为v=?。

该粒子进入磁场后,在洛伦兹力作用下做圆周运动。由qvB=?可求得其轨迹半

径r=?,将v=?代入可得r=?=??。

(3)由r的表达式可知,电荷量相同而质量不同的带电粒子将沿不同轨迹做圆周

运动,经过半个圆周打在照相底片D上的不同位置,质量越大的带电粒子轨迹半径

越大,质量越小的轨迹半径越小。

a.如果已知q、U、B2,又测出其半径r,可求得带电粒子的质量m=?,或求得其比

荷?=?。

b.对质量有微小差别的同位素,因q相同、m不同,也可区别、分离出来。在底片上

形成的若干谱线状的细条,称为质谱线。;2|回旋加速器;问题

1.直线加速器中如何使粒子获得加速?

提示:利用加速电场对带电粒子做正功,使带电粒子的动能增加,即qU=ΔEk。

2.直线加速器的弊端是什么?

提示:直线加速器占有的空间范围大,在有限的空间内制造直线加速器受到一定的

限制。

3.为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动,对于给定的加速电压,带电粒子

的比荷?越大,磁感应强度B应越小还是越大?

提示:越小。对于给定的加速电压,带电粒子的速度v=?不变,要保持轨道半径r

=?不变,则带电粒子的比荷?越大,B应越小。;4.若维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动,对于给定的带电粒子,加速电压U

越大,粒子运动的周期越小还是越大?

提示:越小。对于给定