1.4 质谱仪与回旋加速器 课件 高中物理选择性必修二（人教版2019）(共40张PPT)

(课件网) 7 第一章　安培力与洛伦兹力 质谱仪与回旋加速器 2 掌握回旋加速器的工作原理及其应用. 1 掌握质谱仪的工作原理及其应用. 重点 重难点 质谱仪 在科学研究和工业生产中，常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其所含物质的成分。利用现在所学的知识，你能设计一个方案，以便分开电荷量相同、质量不同的带电粒子吗？ 电场能否实现？ U0 m ， q （1）先加速 （2）再偏转 由轨迹方程可知，带电粒子的轨迹与粒子的比荷无关，显然这种方法不可以，既然电场分不开那么磁场呢？ U B m ， q （1）电场先加速 （2）磁场偏转 qU 阿斯顿 质谱仪是用来分离同位素、检测它们的原子质量的仪器。 质谱仪 质谱仪的结构及工作原理 同位素的电荷量相同，但质量有微小差别。由关系式可知，m不同，x就会不同，即在照相底片上会打到不同的位置，出现一系列不同的谱线。由此可以用该仪器对某种元素进行测量。 电场加速： 磁场偏转： x=2r x = = 1.质谱仪是一种测量带电粒子质量和分析同位素的重要设备，它的构造原理如图所示.离子源S产生的各种不同正离子束(速度可视为零)，经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点.设P到S1的距离为x，则 A.只要x相同，对应的离子质量一定相同 B.只要x相同，对应的离子电荷量一定相同 C.若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越大 D.若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越小 √ 进入磁场，由洛伦兹力提供向心力得： P到S1的距离为x＝2r 由④知，只要x相同，对应的离子比荷一定相同，由于电荷量与质量不能确定，故A、B错误； ① ② ③ ④ 由④知，若离子束是同位素，则q相同，x越大则对应的离子质量越大，故C正确，D错误. 2.如图是质谱仪工作原理示意图.带电粒子a、b从容器中的A点飘出(在A点初速度为零)，经电压U加速后，从x轴坐标原点处进入磁感应强度为B的匀强磁场，最后分别打在感光板S上，坐标分别为x1、x2.图中半圆形虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则 A.b进入磁场的速度一定大于a进入磁场的速度 B.a的比荷一定小于b的比荷 C.若a、b电荷量相等，则它们的质量之比 ma∶mb＝x12∶x22 D.若a、b质量相等，则在磁场中运动时间之比ta∶tb＝x1∶x2 √ 粒子在磁场中运动时，由洛伦兹力提供向心力可知qvB＝ mv2，解得r＝ ，半径大小还与速度和比荷有关，故A错误； 两电荷在磁场中运动的半径之比为：ra∶rb＝x1∶x2.根据r＝ ， 若a、b电荷量相等，它们的质量之比ma∶mb＝x12∶x22，故C正确； 运动时间为t＝ ，则a、b在磁场中运动时间之比ta∶tb＝x12∶x22，故D错误. 3.如图所示为质谱仪的示意图，速度选择器部分的匀强电场的电场强度为E＝1.2×105 V/m，匀强磁场的磁感应强度为B1＝0.6 T；偏转分离器的磁感应强度为B2＝0.8 T.求：(已知质子质量为1.67×10－27 kg，元电荷e＝1.60×10－19 C) (1)能通过速度选择器的粒子的速度大小； 答案　2×105 m/s 能通过速度选择器的粒子所受静电力和洛伦兹力大小相等、方向相反，有eB1v＝eE (2)质子和氘核以相同速度进入偏转分离器后打在照相底片上的条纹之间的距离d. 答案　5.2×10－3 m 粒子进入磁场B2后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力， 设质子质量为m，则氘核质量为2m， 回旋加速器 在粒子物理学的研究中，经常需要用高能量的粒子作为“炮弹”去轰击未知原子，以便“打开”其内部结构。那如何才能获得需要的高能粒子呢？ m 直线加速器 斯坦福大学加速器 北京正负电子对撞机 2.能不能设计一种能实现多次加速，又减少占地空间的加速器呢？ 构造过于庞大，占地大造价过高 1.你能发现直线加速器的缺点吗？ 可利用磁场使得质子流回到电场 ... ...