第一章 安培力与洛伦兹力 课时4　质谱仪与回旋加速器（课件 讲义）高中物理 人教版（2019）选择性必修 第二册

课时4　质谱仪与回旋加速器 核心 目标 1. 了解质谱仪和回旋加速器的基本构造、工作原理及应用． 2. 理解磁偏转与电偏转的特点，能分析带电粒子、带电体在复合场中的运动问题． 要点梳理 要点1　质谱仪 质谱仪是可以把不同的粒子分开、测量带电粒子的质量、计算比荷和分析__ __的重要仪器． 1. 容器A中含有大量电荷量相同、而质量有微小差别的带电粒子，从下方小孔S1 飘出时，初速度可认为为零． 2. 某个质量为m、电荷量为q的带电粒子，经过S1和S2之间电势差为U的电场加速后，由qU＝mv2可求得其从S2射出、又从S3射入沿着与磁场垂直的方向进入磁场的速度为v＝__ __． 3. 该粒子在洛伦兹力作用下做圆周运动．由qvB＝ 可求得其半径r＝，代入v即得r＝__ __. 4. 由r的表达式可知，不同质量m的带电粒子将沿不同半径做圆周运动，经过半个圆周打在照相底片D上的不同位置，质量越大的带电粒子半径越大，质量越小的半径越小． 5. 如果已知q、U、B，又测出其半径r，可求得带电粒子的质量m＝，或求得其比荷 ＝__ __． 6. 对质量有微小差别的同位素，因q相同、m不同，也可区别、分离出来．在底片上形成的若干谱线状的细条，叫作质谱线． 要点2　回旋加速器 回旋加速器是利用电场对带电粒子加速、利用磁场对带电粒子偏转来获得高能粒子的装置． 　 1. 工作原理 D1和D2是两个中空的半圆金属盒(称为D形盒)，置于真空中．由大型电磁铁产生的磁场垂直于金属盒，使带电粒子在D形盒内做匀速圆周运动．加于两D形盒间的周期性变化的电压，在两盒空隙间产生周期性变化的电场，总能使带电粒子通过时被加速．如此回旋，每经过半个圆周，粒子便加速一次．最后当被加速粒子趋于D形盒边缘时，通过特殊装置将其引出，即获得高能量粒子． 2. 具体分析 设带电粒子质量为m、电荷量为q，D形盒半径为R，缝隙间电压为U. (1) 为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，在窄缝两侧加上的电压的变化周期应跟带电粒子在D形盒中运动的周期相同．即T电场＝T回旋＝__ __，恰好这也是一个定值，技术上可以满足． (2) 带电粒子每经过缝隙一次，获得的动能增量ΔEk ＝qU. (3) 由qBv＝m知r＝∝v，即带电粒子的回旋半径不断增大，速度也越来越大，能量也越来越大． (4) 带电粒子的最大动能：当回旋半径达到R时，速度最大，能量最大．由qvmB＝m 得最大动能Ekm＝mv＝__ _． 3. 特别提醒 (1) 要提高带电粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R. (2) 能量达到25～30 MeV后就很难再加速了．由狭义相对论可知，粒子的质量随着速度的增大而增大，而质量的变化会导致其回旋周期的变化，从而破坏了与电场变化的同步. 即学即用 1. 易错辨析 (1) 利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R.(　 　) (2) 利用质谱仪可以测得带电粒子的比荷．(　 　) (3) 回旋加速器工作时，电场必须是周期性变化的．(　 　) (4) 回旋加速器中，磁场的作用是改变粒子速度的方向，便于多次加速．(　 　) 2. (2024·东莞外国语学校)(多选)在回旋加速器中(　 　) A. 电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 B. 电场和磁场同时用来加速带电粒子 C. 在交流电压一定的条件下，回旋加速器的半径越大，则带电粒子获得的动能越大 D. 同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无关 考向1　质谱仪 1. 为使进入偏转磁场的带电粒子速度唯一，测量准确，改进后的质谱仪如图所示，在S2与S3之间增加速度选择器． 分析如下： 设速度选择器内电场强度为E、匀强磁场磁感应强度为B1、偏转磁场磁感应强度为B2.带电粒子进入加速电场被加速，进入速度选择器后，只有满足qE＝qvB1，即v＝的带电粒子才能垂直进入偏转磁场． 若测 ... ...