1.4质谱仪与回旋加速器 基础知识导学 一、质谱仪 1.定义：质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。 2.构造：①带电粒子发射器；②加速电场(U）；③速度选择器()；④ 偏转磁场()；⑤照相底片。 （点拨：进入右侧磁场中的粒子速度相同，电性相同。） 3.工作原理：设加速电压为U，速度选择器内电场强度为E，磁感应强度为，偏转磁场磁感应强度为，有，v不全相同，只有的粒子才被选出进入偏转磁场，根据牛顿第二定律得关系式，由上述式子可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷，。 二、回旋加速器 1.构造：回旋加速器的核心部件是两个D形扁金属盒，整个装置放在真空容器中，如图所示。 （1）两个D形盒之间留有一个窄缝，在A处放有粒子源。 （2）两个D形盒分别接在高频交流电源的两极上，在两盒间的窄缝中形成一个方向周期性变化的交变电场。 2.原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动的带电粒子的偏转作用来获得高能粒子。 （1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直于磁场方向进人匀强磁场时，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其中周期与速度和半径无关，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）交流电压：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使其能量不断提高，要在狭缝处加一个周期与相同的交流电压。 重难扩展问题 1.质谱仪是测量带电粒子的_____和分析同位素的重要工具。 2.回旋加速器原理：利用电场对带电粒子的_____作用和磁场对运动的带电粒子的_____作用来获得高能粒子。 3.为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使其能量不断提高，要在狭缝处加一个周期与_____相同的交流电压。 基础小题试练 1.如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，所加磁场的磁感应强度为B，用来加速质量为m、电荷量为的质子，质子从下半盒的质子源由静止出发，加速到最大动能后射出，下列说法正确的是( ) A.增大交变电压U，质子的最大动能变大 B.增大交变电压U，质子在加速器中运行时间将不变 C.下半盒内轨道半径之比（由内到外）为 D.质子第2次进入上半盒的轨迹圆心在第1次进入上半盒的轨迹圆心的右侧 2.回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为0开始加速。根据回旋加速器的这些数据，估算该粒子离开回旋加速器时获得的动能。 3.质谱仪是分离和检测同位素的仪器，其示意图如图所示。从粒子源S出来时的粒子速度很小，可以看作初速度为零，粒子经过电场加速后从入口进入有界的垂直纸面向外的匀强磁场区域，并沿着半圆周运动而到达出口P.现使磁感应强度大小B加倍，要使粒子的运动轨迹不发生变化，仍沿着半圆周运动而到达出口P，应该使加速电场的电压U变为原来的( ) A.12倍 B.10倍 C.8倍 D.4倍 4.回旋加速器中的磁感应强度为B,被加速粒子的电荷量为q,质量为m,用LC振荡器作为带电粒子加速的交流高频电源,电感L和电容C的数值应该满足的关系为( ) A. B. C. D. 5.如图所示为某回旋加速器示意图，利用回旋加速器对粒子进行加速，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压大小为U。忽略相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间，下列说法中正确的是( ) A.粒子从磁场中获得能量 B.保持和T不变，该回旋加速器可以加速质子 C.只增大加速电压粒子在回旋加速器中运动的时间变短 D.只增大加速电压粒子获得的最大动能增大 答案以及解析 1.答案：D 解析：A.质子在射出回旋加速器时有解得射出回旋加速器时的动能为则最大动能与加速电压无关，A错误； B.若增大交变电压U，则质子在加速器中加速的次数将减小，则运行时间将减小，B错误； C.由于质子在下半 ... ...
