第一章 4 第2课时　质谱仪与回旋加速器（课件 学案 练习）高中物理 教科版（2019）选择性必修第二册

(课件网) 第2课时　质谱仪与回旋加速器 核心素 养目标 1.理解质谱仪和回旋加速器的工作原理。 2.知道洛伦兹力在现代科技中的应用 目 录 01. 基础知识·准落实 02. 核心要点·快突破 03. 教学效果·勤检测 04. 课时训练·提素能 基础知识·准落实 梳理归纳 自主学习 01 知识点一　质谱仪 1. 质谱仪：测定带电粒子 的仪器，如图所示。 比荷　 2. 工作原理：离子源产生的带电粒子经狭缝S1与S2之间的电场加 速后，进入S2、S3之间的速度选择器（匀强电场E与匀强磁场B1 垂直），通过S3之后在偏转磁场B2中运动半周，最后打到照相 底片上。 3. 速度选择器：带电粒子在其中做直线运动才能通过狭缝S3，有qvB1 ＝ ，所以v＝。 4. 偏转：带电粒子在偏转磁场中做匀速圆周运动，有 ＝ m。 5. 结论：＝。 6. 应用：可以检测化学物质或核物质中的同位素和不同成分。 qE　 qvB2　 知识点二　回旋加速器 1. 构造：两个 形盒间接上 电源，放在与盒面 的匀强磁场中，如图（a）所示。 D　 交流　 垂直　 2. 原理：带电粒子在两个D形盒之间的缝隙被电场加速，进入到D形 盒内做匀速圆周运动，每经过半个圆周，两个D形盒间 反 向，粒子被不断加速，运动轨迹逐渐趋于D形盒边缘，达到预期速 率后，用特殊装置把带电粒子引出。 3. 条件：高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期相 同。粒子每经过两盒缝隙时都被加速，其轨道半径就大一些，但粒 子做匀速圆周运动的周期 。 4. 最大速率：由qvmB＝m可得vm＝BR，即给定的带电粒子在回 旋加速器中所能达到的最大速度取决于B、R，与加速电压无关。 电场　 不变　 【情景思辨】 根据质谱仪和回旋加速器的构造和原理判断下列说法的正误。 （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。 （　√　） （5）回旋加速器能把粒子加速到光速。 （　×　） √ √ √ √ × 核心要点·快突破 互动探究 深化认知 02 要点一　质谱仪 　质谱仪的构造如图所示，则： （1）S1、S2间电场的作用是加速带电粒子，若粒子进入S1、S2间电场 时初速度为零，则其离开电场时的速度可由qU＝mv2①求得。 （2）粒子在磁场B2中偏转，做匀速圆周运动，由qvB2＝，得R＝ ②。 （3）粒子射到底片上的位置（条纹）到狭缝S3的距离L＝2R③。 由①②③得L＝ ，电荷量相同时，半径将随质量的变化 而变化。 【典例1】　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 束（速度可看成为零），经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁 场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1 的距离为x。 （1）若离子质量为m、电荷量为q、加速电压为U、磁感应强度大小 为B，求x的大小。 答案： 　 解析： 离子在电场中被加速时，由动能定理得 qU＝mv2 进入磁场时洛伦兹力提供向心力，则 qvB＝， 又x＝2r， 由以上三式得x＝ 。 （2）氢的三种同位素H、H、H从离子源S出发，到达照相底片的 位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少？ 答案： 1∶∶ 解析：氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由（1）结 果知，xH∶xD∶xT＝∶∶＝1∶∶。 规律方法 　　分析质谱仪问题，实质上就是分析带电粒子在电场（或相互垂直 的电磁场）中的直线运动和在匀强磁场中的匀速圆周运动的组合。分 析时要根据带电粒子在不同场区的运动规律列出对应的方程，然后由 题目要求得出 ... ...