1.4质谱仪与回旋加速器 课件 (共33张PPT)2024-2025学年人教版高中物理选择性必修第二册

(课件网) 人教版2019 高中物理选择性必修第二册 第一章 安培力与洛伦兹力 第4节 质谱仪与回旋加速器（1） 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)。 目录 一、质谱仪 二、回旋加速器 三、巩固提高 导入新课 在科学研究和工业生产中，人们常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以探究其所含物质的成分。 讨论交流： 利用已有的知识，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？ 讨论交流： 甲同学的设计方案：先用电场加速比荷不同的带电粒子，再用匀强电场使带电粒子偏转，从而把它们分开。原理图如图所示： U0 L y U d m , q 先加速： 再偏转： 轨迹与粒子的性质无关，无法分开比荷不同的粒子。 先用电场加速，再用匀强磁场使其偏转，可以吗？ 一、质谱仪 1.质谱仪的结构 电离室： 使中性气体电离，产生带电粒子 电离室 加速电场 偏转磁场 照相底片 照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径 偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离 加速电场：使带电粒子获得速度 2.质谱仪的工作原理 偏转磁场 电离室 加速电场 照相底片 电场加速 磁场偏转 得： 比荷不同的粒子半径不同，比荷不同的粒子就可以被分开了。 讨论交流：质谱仪还有其他功能吗？ 讨论交流：若粒子初速度不为零，上述结论是否还成立，如何克服这一问题带来的困难？ 3.质谱仪的应用 （1）测定带电粒子的比荷（测出r) （2）测定带电粒子的质量（测出r) （3）分析同位素：由 知比荷不同打在底片位置不同 原理图 加速电场 速度选择器 讨论交流：这样的设计有什么优点？ 4.质谱仪的改进 加速电场 照相底片 速度选择器 偏转磁场 电离室 二、回旋加速器 讨论交流：要了解原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。 粒子加速 粒子加速器 讨论交流：必修三中学过直线加速器，它的工作原理是怎样的，它有什么弊端？ 如何产生极高能量的粒子？ 可以利用静电力对带电粒子做功增加粒子的能量，有qU＝ΔEk，电压越高，粒子增加的动能越大。但技术上不能产生过高的电压。 解决途径是把加速电场“卷起来”，利用磁场改变带电粒子的运动轨迹，让粒子“转圈圈”式地被多次(多级)加速，这就引入了回旋加速器。 解决途径是进行多次(多级)加速，这就是直线加速器，但加速装置要很长，怎么解决上述问题？ 1.直线加速器 电子进入第 n 个圆筒后的速度为 v，根据动能定理有： 第n个圆筒的长度为 讨论交流：在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制。怎样改进？ 2.回旋加速器 1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内进行多级加速。 工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件———两个D形盒和其间的窄缝内完成。 回旋加速器的构造：两个D形盒，两D形盒接_交流电源，D形盒处于垂直于D形盒的匀强磁场中，如图所示。 接交流电源 工作原理 (1)电场的特点及作用 特点：D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的电场。 作用：带电粒子经过该区域时被加速。 (2)磁场的特点及作用 特点：D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。 作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，从 而改变运动方向，半个圆周后再次到达两盒间的缝隙电场被加速。 (3)粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过盒缝，而两盒间的电势差一次一次地改变正负，粒子 ... ...