《创新课堂》第一章 安培力与洛伦兹力 4.质谱仪与回旋加速器 高中物理选择性必修第二册（人教版）同步讲练测（教师版+学生版）

4.质谱仪与回旋加速器 1.知道质谱仪的构造及工作原理，会解决质谱仪的有关应用问题。 2.知道回旋加速器的构造及工作原理，知道回旋加速器的工作条件，会解决回旋加速器的有关应用问题。 知识点一　质谱仪 1.原理 如图所示，带电粒子经加速电场加速后垂直于磁场方向进入匀强磁场，最后打在照相底片上，不同　　　　的粒子打在照相底片上　　　　不同。 （1）加速：带电粒子进入质谱仪的电场被加速，则qU＝　　　　。 ① （2）偏转：带电粒子进入质谱仪的磁场做匀速圆周运动，则　　　　＝。 ② （3）结论：由①②可得r＝。 2.分析：从粒子打在底片D上的位置可以测出圆周的　　　　，结合r＝可算出粒子的　　　　　。 3.应用：测定带电粒子的　　　和分析　　　　。 【易错辨析】 （1）比荷相同的同性带电粒子在同一质谱仪磁场中的轨迹半径相同。（　　） （2）同位素的不同离子在同一质谱仪磁场中的轨迹半径相同。（　　） （3）电荷量相同的不同粒子在同一质谱仪磁场中的轨迹半径越大，则其质量越小。（　　） 【例1】 〔多选〕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，下列选项正确的是（　　） A.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，则x的大小为 B.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，则x的大小为 C.氢的三种同位素HHH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1∶∶ D.氢的三种同位素HHH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1∶2∶3 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　 〔多选〕质谱仪的原理如图所示，虚线AD上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中，C、D处有一荧光屏。同位素离子源产生a、b两种电荷量相同的离子，无初速度进入加速电场，经同一电压加速后，垂直进入磁场，a离子恰好打在荧光屏C点，b离子恰好打在D点。离子重力不计。则（　　） A.a离子质量比b的大 B.a离子质量比b的小 C.a离子在磁场中的运动时间比b的短 D.a、b离子在磁场中的运动时间相等 知识点二　回旋加速器 1.构造：两个半圆形　　　　　处于与盒面垂直的匀强磁场中，两金属盒间接交流电源，如图所示。 2.原理：粒子源产生的带电粒子在　　　　　被电场加速，在金属盒内做匀速圆周运动。经　　　　　之后，金属盒间电场反向，粒子又被加速。如此，粒子一次一次被加速，使速度增加到很大。 3.周期：粒子每经过一次加速，其轨道半径就增大一些，但粒子做圆周运动的周期　　　　，即T＝。 4.最大动能：由qvB＝和Ek＝mv2，可得Ek＝　　　　　。 【易错辨析】 　（1）回旋加速器工作时的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）要提高回旋加速器加速的粒子的最大动能，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。（　　） （4）回旋加速器能把带电粒子的速度大小加速到光速。（　　） 1.交变电压的周期条件 交变电压的周期等于带电粒子在磁场中运动的周期。 2.带电粒子的最终能量 （1）条件：带电粒子的运动半径r等于D形盒半径为R。 （2）最终动能：Ekm＝。 （3）提高粒子的最终能量的办法：尽可能地增大磁感应强度B和D形盒的半径R。 3.粒子被加速次数的计算：粒子在回旋加速器中被加速的次数n＝（U是加速电压的大小），一个周期加速两次。 4.粒子在回旋加速器中运动的时间：在电场中运动的时间为t1 ... ...