人教版高中物理选择性必修第二册精品课件 第1章 安培力与洛伦兹力 4 质谱仪与回旋加速器.ppt

探究点二回旋加速器导学探究回旋加速器的原理图如图所示,已知D形盒的半径为R,匀强磁场的磁感应强度为B,交流电源的周期为T,若用该回旋加速器来加速质子,设质子的质量为m,电荷量为q。请思考:(1)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用?质子每次经过狭缝时,动能的增加量是多少?(2)对交流电源的周期有什么要求?(3)带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定?提示(1)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。动能的增加量为qU。(2)交流电源的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周期。(3)粒子的最大动能决定于磁感应强度B和D形盒的半径R。当带电粒子速要提高带电粒子获得的最大动能,应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。知识归纳1.粒子被加速的条件交流电源的周期等于粒子在磁场中运动的周期。2.粒子最终的能量粒子到狭缝总被加速典例剖析【例题2】(2024江苏南京高二期末)加速器在核物理和粒子物理的研究中发挥着巨大的作用,回旋加速器是其中的一种。图甲为回旋加速器的工作原理图。D1和D2是两个中空的半圆金属盒,分别和一高频交流电源两极相连。两盒处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于盒面。位于D1盒圆心附近的A处有一个粒子源,产生质量为m、电荷量为+q的带电粒子。不计粒子的初速度、重力和粒子通过两盒间缝隙的时间,加速过程中不考虑相对论效应。(1)求所加交流电源的频率f。(2)若已知半圆金属盒的半径为R,估算粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm。(3)某同学在分析带电粒子运动轨迹时,画出了如图乙所示的轨迹图,他认为相邻轨迹间距Δd是相等的。请通过计算分析该轨迹是否合理。教你析题读取题干获取信息两盒处于磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于盒面。位于D1盒圆心附近的A处有一个粒子源,产生质量为m、电荷量为+q的带电粒子带电粒子在磁场中做圆周运动的周期半圆金属盒的半径为R带电粒子在金属盒中运动的最大半径相邻轨迹间距Δd带电粒子每次加速后在磁场中运动的直径与加速前在磁场中运动的直径之差教你破题方法技巧带电粒子通过回旋加速器最终获得的动能与加速的次数以及加速电压U的大小无关。对点演练2.(多选)(2024广东佛山高二期末)如图为回旋加速器的示意图,两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中,一质子从加速器的中心A点开始加速,已知D形盒的半径为R,磁场的磁感应强度为B,高频交变电源的电压为U,质子质量为m,电荷量为q,下列说法正确的是()A.质子在电场中获得能量B.加速电压U越大,则质子离开回旋加速器时的速率越大C.每次经过电场加速,质子动能的增加量都相等ACD学以致用·随堂检测全达标123451.(质谱仪)(多选)质谱仪的原理如图所示,虚线AD上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中,C、D处有一荧光屏。同位素离子源产生a、b两种电荷量相同的离子,无初速度进入加速电场,经同一电压加速后,垂直进入磁场,a离子恰好打在C点,b离子恰好打在D点。离子重力不计,则()A.a离子的质量比b离子的大B.a离子的质量比b离子的小C.a离子在磁场中的运动时间比b离子的短D.a、b离子在磁场中的运动时间相等BC12345123452.(回旋加速器)(多选)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相连接的两个D形金属盒,两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场,使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面的匀强磁场中,如图所示,要增大带电粒子射出时的动能,下列说法正确的是()A.增大匀强电场间的加速电压B.增大磁场的磁感应强度C.减小狭缝间的距离D.增大D形金属盒的半径BD12345解析当带电粒子的速度最大时,其运动半径也最大,由洛伦兹力提供向心强度和D形金属盒的半径。123453.(回旋加速器)(多选)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接的两个D形金属盒,两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场,使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的匀强磁场中,如图所示。设D形盒半径为R,若用回旋加速器加速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交流电源的频率为f,则下列说法正确的是()A.质子被加速后的最大速度不可能超过2πfRB.质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C.只要R足够大,质子的速度可以被加速到任意值D.不改变B和f,该回旋加速器也能用于加速α粒子AB12345速后的最大速度不可能超过2πfR,且与加速电场的电压大小无关,选项A、B正确;质