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课件网) 1.4 质谱仪与回旋加速器 人教版（2019）物理（选择性必修第二册） 第一章 安培力与洛伦兹力 目录 素养目标 01 课程导入 02 新课讲解 03 总结归纳 04 课堂练习 05 素养目标 1.能够通过受力和运动分析，再结合电场中加速与圆周运动模型，分析质谱质谱仪和回旋加速器的工作原理 2.了解质谱仪与回旋加速器在生活中的应用，能够对科学和生活科技的关系有一个正确的认识 3.经历质谱仪和回旋加速器的设计过程，培养学生从真实情境中分析、提取建模信息的能力 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？ 质量不同，带电粒子在磁场中运动的半径也不同 想一想式中其他元素的影响 新课讲解 19世纪末，英国物理学家阿斯顿就按照这样的想法设计了质谱仪，并用质谱仪发现了氖-20和氖-22，证实了同位素的存在。后来经过多次改进，质谱仪已经成为一种十分精密的仪器，是科学研究和工业生产中的重要工具。 一、质谱仪 1.质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量、轨道半径确定其质量的仪器。 2.结构及作用 ： ①电离室：使中性气体电离，产生带电粒子 ②加速电场：使带电粒子获得速度 ③粒子速度选择器：以相同速度进入偏转磁场 ④偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离 ⑤照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径 电离室 加速电场 偏转磁场 照相底片 速度选择器 3.原理： 经加速电场获得速度： 在偏转磁场中： 加速电场 若粒子的电荷量相同而质量不同，则不同粒子进入匀强磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，因此打到照相底片的不同位置。 速度选择器 经速度选择器时速度为： 在偏转磁场中： 由于粒子的荷质比不同，则做圆周运动的半径也不同，因此打到不同的位置。 4.作用： ①可测粒子的质量及比荷 ②与已知粒子半径对比可发现未知的元素和同位素 经典例题 例1. 质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1；b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量为m、电荷量为＋e的正电子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动。求： （1）粒子射出加速器时的速度v为多少？ （2）速度选择器的电压U2为多少？ （3）粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？ 解析：（1）在a 中，e 被加速电场U1加速，由动能定理有 ，得 （2）在b 中，e 受的电场力和洛伦兹力大小相等，即 ，代入v 值得 （3）在c中，e受洛伦兹力作用而做圆周运动，回转半径 ，代入v 值得 想要研究原子的结构，我们就需要“打开”原子核的高能“炮弹”，而加速器就是制造高能“炮弹”的“工厂”。 在研究电场时，我们知道可以利用静电力对带电粒子做功增加粒子的能量，即 ,电压越高粒子增加的能量越大。但有一个技术问题就是如何产生高压？ 为了解决这一技术难题，我们想到了“多级加速”，也就是直线加速器，但设备太长。 直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制。 北京正负电子对撞机改造后的直线加速器为建设科技强国加速 1929年，劳伦斯发明了后来被称为回旋加速器的“原子击破器”，1932年建成世界第一台回旋加速器。这是一种有奇特效能的能够加速带电粒子的装置。以后逐渐加大尺寸，在许多地方建成了一系列回旋加速器，致使他在加利福尼亚州伯克利的辐射实验室成为世界物理学家参观学习的基地。 回旋加速器 第一台回旋加速器 1950年代美国布鲁克海文国家实验室的回旋加速器 因为直线加速的长度可能导致加速器 ... ...
