(
课件网) 4 质谱仪与回旋加速器 「定位·学习目标」 1.通过对质谱仪、回旋加速器结构的学习,形成物理概念。 2.会利用相关规律解决质谱仪、回旋加速器问题,掌握科学思维的方法。 探究·必备知识 1.质谱仪的用途:测定带电粒子的质量(或比荷)和分析 。 2.质谱仪工作原理 (1)粒子经过同一电场加速,由动能定理可知 = mv2。 (2)垂直进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动, = ,可得轨道半径r= 。 「探究新知」 知识点一 质谱仪 同位素 qU qvB 观察图片,判断下列说法的对错。 「新知检测」 (1)质谱仪中的加速电场使粒子获得速度。( ) (2)质谱仪中的磁场使带电粒子偏转打在照相底片上。( ) (3)利用质谱仪可以测得带电粒子的比荷。( ) (4)在某一质谱仪中,若不同粒子飘入加速电场后到达底片的不同点,它们的质量一定不同。( ) √ √ √ × 1.回旋加速器的工作原理:回旋加速器主要由两个中空的 (D形盒)组成,两半圆金属盒之间的 使带电粒子加速,垂直于半圆金属盒盒面的 使带电粒子回旋。 2.交流电源的周期:回旋加速器交流电源的周期等于带电粒子在 中的运动周期。 知识点二 回旋加速器 「探究新知」 半圆金属盒 电场 磁场 磁场 依据下面情境,判断下列说法的对错。 1930年劳伦斯制成世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示。这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙。 「新知检测」 (1)回旋加速器工作时,电场必须是周期性变化的。( ) (2)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。( ) (3)粒子在回旋加速器中加速次数的多少是由磁场决定的。 ( ) (4)回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功。( ) √ √ × × 突破·关键能力 要点一 质谱仪 「要点归纳」 1.质谱仪原理图 [例1] (对质谱仪的理解)若一束带电粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示,则下列说法正确的是( ) A.该束带电粒子带负电 B.速度选择器的P1极板带负电 「典例研习」 √ [例2] (质谱仪的应用)如图所示,为某种质谱仪工作原理示意图,离子从电离室A中的小孔S1飘出(初速度不计),经相同的加速电场加速后,通过小孔S2,从磁场上边界垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,运动半个圆周后打在照相底片D上并被吸收形成谱线。照相底片D上有刻线均匀分布的标尺(图中未画出),可以直接读出离子的比荷。下列说法正确的是 ( ) A.加速电压越大,打在底片上同一位置的离子比荷越大 B.磁感应强度越大,打在底片上同一位置的离子比荷越大 C.磁感应强度越大,打在底片上同一位置的离子电荷量越大 D.若将该装置底片刻度标注的比荷值修改为同位素的质量值,则各刻线对应质量值是均匀的 √ 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(或互相垂直的电场和磁场)中的直线运动和在匀强磁场中的匀速圆周运动的组合。电场中的加速问题可根据动能定理列式,磁场中的匀速圆周运动问题可根据洛伦兹力提供向心力分析。 要点二 回旋加速器 「要点归纳」 1.回旋加速器的构造 回旋加速器由两个D形盒组成,两D形盒接交流电源,D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,如图所示。 2.工作原理 (1)电场的特点及作用。 特点:两个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,半个圆周后再次进入电场。 3.粒子获得的最大动能 [例3] (对回旋加速器的理解)回旋加速器在核技术、核医学等领域得到了广泛应用,其原理如图所示。D1和D2是两个中空的、半径为R的半圆金属盒,接在电压恒为U的交流电源上,位于D1圆心处的 ... ...
