(
课件网) DIYIZHANG 第一章 4 质谱仪与回旋加速器 学习目标 1.知道质谱仪的构造及工作原理，会确定粒子在磁场中运动的半径，会求粒子的比荷(重点)。 2.知道回旋加速器的构造及工作原理，知道交流电的周期与粒子在磁场中运动的周期之间的关系，知道决定粒子最大动能的因素(重点)。 一、质谱仪 二、回旋加速器 课时对点练 内容索引 质谱仪 一 1.质谱仪原理图： 2.质谱仪工作原理 (1)加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能 定理得：_____。 (2)偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，由洛伦兹力 提供向心力得：qvB=m，联立解得：r=_____，如果测出半径，就可以判断带电粒子比荷的大小，如果测出半径且已知电荷量，就可求出带电粒子的质量。 3.应用：测量带电粒子的 和分析 的重要工具。 qU=mv2 质量 同位素 (多选)(2024·湖北省云学名校联盟高二期末)如图是质谱仪的工作原理示意图。无初速度的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和匀强电场的强度分别为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。关于质量为m、电荷量为q的粒子，下列表述正确的是 A.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 B.要让粒子通过速度选择器进入质谱仪，加速电场两极 板间电压为 C.粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，表明其比荷越大 D.粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，表明其比荷越小 例1 √ √ 带正电荷的粒子进入速度选择器，所受的静电力向右，则洛伦兹力必须向左，根据左手定则判断可知，速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外，故A正确； 要让粒子通过速度选择器进入质谱仪，则粒子的速度大小一定为，设加速电场两极板间电压为U，有qU=mv2=，U=，故B错误； 粒子进入平板S下方磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则qvB0=m，又v=，整理得r=，其中E、B、B0都是定值，粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，则粒子的轨迹半径r越大，粒子的比荷越小，故C错误，D正确。 (多选)(2024·潍坊市高二期末)某种质谱仪的工作原理如图所示，氖的同位素Ne和Ne，以几乎为零的初速度从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，经过小孔S2、S3之间的真空区域后，经S3进入垂直于纸面的匀强磁场，最后分别打在照相底片D的x1、x2处。下列说法正确的是 A.匀强磁场方向垂直于纸面向里 BNe离开加速电场的速度比Ne小 CNe打在x1处 DNe在磁场中的运动时间比Ne短 例2 √ √ 粒子向左偏转，根据左手定则可知匀强磁场方 向垂直于纸面向外，故A错误； 在加速电场中，根据动能定理有qU=mv2，离开 加速电场的速度为v=,Ne带电荷量相同Ne质量较大，故Ne离开加速电场的速度比Ne大，故B错误； 根据洛伦兹力提供向心力qvB=m，粒子运动的半径为R= Ne运动半径较小Ne打在x1处，故C正确； 粒子在磁场中的运动时间为t==×= Ne在磁场中的运动时间比Ne短，故D正确。 返回 二 回旋加速器 回旋加速器两D形盒之间有窄缝，中心附近放置粒子源(如质子、氘核或α粒子源)，D形盒间接上交流电源，在狭缝中形成一个交变电场。D形盒上有垂直盒面的匀强磁场(如图所示)。 答案 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。交流电源的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周期。一个周期内加速两次。 (1)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？对交流电源的周期有什么要求？在一个周期内加速几次？ (2)带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？如何提高粒子的最大动能？ 答案 当带电粒子速度最大时，其运动半径也最大，即rm=，可得Ekm=，所以要提高带电粒子的最大动能，则应尽可能增大磁感应强度B ... ...
