质谱仪与回旋加速器【知识建构+高效助教】 高二物理 课件 （人教版2019选择性必修第二册）

§4质谱仪与回旋加速器高二物理（人教版2019）选择性必修第二册第一章

安培力与洛伦兹力复习与回顾：带电粒子匀强磁场中做圆周运动的轨道半径和周期怎样计算？新课引入

新课引入

在科学研究和工业生产中，常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其中所含物质的成分。利用所学的知识，你能设计一个方案，以便分开电荷量相同、质量不同的带电粒子吗？思考与讨论：1.构造：由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。一、质谱仪新课讲授加速电场偏转磁场照相底片粒子源2.结构及作用：①加速电场：使带电粒子获得速度②偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离③照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径(1)电场中加速：由动能定理得：由此可得：3.原理：(2)磁场中偏振：向心力为受的洛伦兹力提供，即所以粒子的轨道半径为新课讲授(1)电场中加速：

4.装置改进：新课讲授原理图

加速电场速度选择器

(3)磁场中偏转：5.作用：新课讲授原理图

加速电场速度选择器(1)可测粒子的质量及比荷(2)与已知粒子半径对比可发现未知的元素和同位素思考与讨论：1.要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。如何获得高速粒子？新课讲授2.如何解决技术上不能产生过高的电压的难题？思考与讨论：3.如何解决加速设备很长这一难题？新课讲授二、回旋加速器1.构造：两半圆金属盒D1、D2

，D形盒的缝隙处接交流电源。D形盒处于匀强磁场中。新课讲授思考与讨论：+-v1+-v2v3v4vm2.原理：新课讲授(1)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。(2)对交变电场的周期有什么要求？与粒子速度大小无关。思考与讨论：+-v1+-v2v3v4vm2.原理：新课讲授(3)带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？若D形盒的最大半径为R，磁感应强度为B，由

得粒子获得的最大速度:最大动能决定于D型盒的半径r和磁感应强度B.思考与讨论：+-v1+-v2v3v4vm2.原理：新课讲授(4)带电粒子在回旋加速器中被加速的次数是多少？粒子获得的最大速度：粒子每加速一次增加的能量：粒子加速次数：思考与讨论：+-v1+-v2v3v4vm2.原理：新课讲授(5)带电粒子在回旋加速器磁场中运动时间是多少？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：3.回旋加速器的局限性新课讲授

按照狭义相对论，粒子的质量随着速度的增加而增大，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周期的同步。因此，回旋加速器加速的带电粒子，能量能达到25—30MeV后，很难再加速了。C课堂练习课堂练习D课堂练习课堂练习C课堂练习课堂练习4．回旋加速器的工作原理如图所示：真空容器D形盒放在与盒面垂直的匀强磁场中．两盒间狭缝间距很小，粒子从粒子源A处（D形盒圆心）进入加速电场（初速度近似为零）．D形盒半径为R，粒子质量为m、电荷量为+q，加速器接电压为U的高频交流电源．若相对论效应、粒子所受重力和带电粒子穿过狭缝的时间均不考虑．下列论述正确的是（

）A．交流电源的频率可以任意调节不受其他条件的限制B．增大磁感应强度B，粒子