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 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|质谱仪;5.应用:可以测定带电粒子的质量和分析④????。

知识拓展由于从容器A下方小孔进入加速电场的带电粒子实际上有一定的初速

度,会使直接进入偏转磁场的带电粒子速度不同,从而带来测量误差。为使进入偏

转磁场的带电粒子速度更唯一,测量更准确,现在的质谱仪在S2与S3之间增加了速度

选择器。

在速度选择器中,带电粒子在电场力和洛伦兹力的作用下平衡,做匀速直线运动,有

qE=qvB1,则v=?。;2|回旋加速器;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。;判断正误，正确的画“√”，错误的画“?”。;1|质谱仪;问题;3.试结合图1、图2,简述两种质谱仪的工作原理。;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???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?=?。;?????

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,速度选择器内匀强磁场的磁感应强度为B,匀强电场的电场强度为E。平板S上

有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的照相底片A1A2,平板S下方有磁感应强度

为B0的匀强磁场。现有大量的质子?H)、氘核?H)和α粒子?He)【1】以不同的初速

度进入加速电场上端,经狭缝P沿如图轨迹打在照相底片A1A2上的M点和N点,最后

在照相底片上出现了两条亮条纹【2】。忽略粒子重力和粒子间相互作用。关于该

过程,下列表述正确的是?();?

A.一定只有两种粒子经过速度选择器后进入了下方磁场

B.三种粒子通过加速电场的过程中电场力做功相等

C.N处条纹是质子打到照相底片上形成的

D.P、N间的距离是M、N间的距离的两倍;信息提取????【1】可知质子?H)、氘核?H)和α粒子?He)的电荷量、比荷的关系;

【2】进入磁场后有两条运动轨迹。;解析????带电粒子在加速电场中被加速,电场力做正功,有W=qU(由【3】得到),三种

粒子的电荷量不同(由【1】得到),则三种粒子通过加速电场的过程中电场力做功

不相等,B错误;进入速度选择器,沿直线运动的粒子满足qE=qvB(由【4】得到),得v=

?,因三种粒子进入加速电场前的初速度不同,则三种粒子从加速电场飞出时速度

都有可能为v=?,三种粒子都可能通过速度选择器进入下方磁场(由【1】【2】得

到);进入偏转磁场,有qvB0=m?(由【5】得到),得r=?=?,所以粒子打在照相底

片上的位置只与粒子的比荷有关,照相底片上两条亮条纹可能是三种粒子打在照

相底片上形成的,故A错误;粒子打在照相底片上的位置与狭缝P的距离d=2r=2×

?,与粒子的比荷成反比,则N处条纹是质子打到照相底片上形成的,C正确;P、M

间距离是P、N间距离的两倍,则P、N间的距离等于M、N间的距离,D错误。故选C。

;2|回旋加速器;粒子被加速次数的计算

粒子在回旋加速器中被加速的次数n=?(U是加速电压的大小),一个周期加速两

次。