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课件网) 梁宁 内蒙古师范大学 第4节：质谱仪 回旋加速器 人教版(2019年)高中物理选择性必修第二册 第一章 安培力与洛伦兹力 物理也疯狂 目录 质谱仪 回旋加速器 配套习题 01. 02. 03. 质谱仪 01. 利用带电粒子在磁场中的偏转，由带电粒子的电荷量、轨道半径确定其质量的仪器。在科学研究中常用来分析同位素和测量带电粒子质量。 质谱仪 01. 电离室 加速电场 偏转磁场 照相底片 速度选择器 1.电离室：使气体电离，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 质谱仪的构成: 质谱仪 01. 速度： 半径： 比荷不同的粒子，进入匀强磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片的不同位置。 质谱仪 01. 【课堂练习 】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？ 质谱仪 01. （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 回旋加速器 02. 为了认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。由于原子核被强大的核力约束，需要用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。产生这些高能粒子的工具就是各种各样的粒子加速器。 回旋加速器 02. 静电力对带电粒子做正功，粒子的动能会增加，即 ,电压越高粒子增加的动能越大。该如何产生高压？ 直线加速器 回旋加速器 02. 北京正负电子对撞机 202米 如何设计一种既能实现多次加速，又可以减少占地空间的加速器呢？ 欧洲强子对撞磁场加速器 27公里 回旋加速器 02. 1929年，美国物理学家劳伦斯发明回旋加速器，1932年建成世界第一台回旋加速器。 回旋加速器的构成: （1）D形金属盒 （2）交变电场 （3）偏转磁场 回旋加速器 02. (1)问题：回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？ 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。 接高频 电源 狭缝 原理图 粒子源 (2)问题：使用前几章的静电场可以吗？ 需要使用交变电场 回旋加速器 02. 带电粒子在磁场中运行的周期 粒子每次运动半圈，电场方向要改变一次 接高频 电源 狭缝 原理图 粒子源 与粒子速度大小无关 (3)对交变电场的周期有什么要求？ 回旋加速器 02. （4)带电粒子获得的最大速度 (5)带电粒子获得的最大动能 由 得粒子获得的最大速度: 回旋加速器 02. (6)带电粒子在回旋加速器中加速的次数？ (n带电粒子加速的次数) 粒子加速次数： 回旋加速器 02. (7)带电粒子在回旋加速器磁场中运动时间是多少？(总时间) 粒子一个周期内被加速两次 粒子加速次数： 粒子在磁场中运动的时间： 配套习题 03. 例题1 【参考答案】D 如图所示，质量为m、电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。则粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为（ ） A． B． C． D． 配套习题 03. 例题2 质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子 ... ...
