物理人教版高中选择性必修二（2019年新编）1-4质谱仪与回旋加速器 课件

第4节质谱仪与回旋加速器第一章安培力与洛伦兹力知识点质谱仪用来分析各种元素的同位素并测量其质量及含量百分比的仪器。质谱仪的构造及原理1.如图所示，主要由以下几部分组成：①带电粒子注射器②加速电场(U)③速度选择器(B1、E)④偏转磁场(B2)⑤照相底片1新知探究知识点质谱仪1新知探究qUqvB知识点回旋加速器构造图2新知探究知识点回旋加速器工作原理(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，半个周期后再次进入电场。2新知探究名师指点回旋加速器名师指点回旋加速器知识点回旋加速器2新知探究知识点回旋加速器2新知探究知识点回旋加速器2新知探究例：回旋加速器是加速带电子粒子的装置，其核心部分是两个中空的半圆D形金属盒，两盒间的狭缝中加有周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是（）知识点回旋加速器2新知探究知识点回旋加速器2新知探究知识点回旋加速器2新知探究A．在Ek～t图像中应有t4－t3<t3－t2<t2－t1 B．加速电压越大，粒子最后获得的动能就越大C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大 D．要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的面积易错分析：错解1：误认为随着粒子的速率越来越大，粒子回旋的周期越来越小，错选A；错解2：误认为粒子获得的最大动能与加速电压有关，错选B；错解3：误认为粒子加速次数越多，粒子获得的动能越大，错选C。知识点回旋加速器2新知探究1．质谱仪是分离和检测不同同位素的仪器。如图所示为某质谱仪的工作原理图，现利用这种质谱仪对某元素进行测量，该元素的粒子从粒子源O无初速飘入加速电场，加速后由A点垂直进入垂直纸面向外的有界匀强磁场中，最后到达B点出口，测得A点到B点的距离为L，不计粒子重力，则（）课堂训练A．粒子一定带正电；L越大，粒子的质量与电荷量之比一定越大B．粒子一定带正电；L越大，粒子的质量与电荷量之比一定越小C．粒子一定带负电；L越大，粒子的质量与电荷量之比一定越大D．粒子一定带负电；L越大，粒子的质量与电荷量之比一定越小课堂训练【答案】A【详解】CD．根据左手定则，可知粒子带正电，故CD错误；AB．根据带电粒子在磁场中运动得运动的半径可知又解得则L越大，粒子的质量与电荷量之比越大，A正确，B错误。故选A。课堂训练2．回旋加速器是加速带电粒子的装置其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是（）A．减小磁场的磁感应强度 B．减小狭缝间的距离C．增大高频交流电压 D．增大金属盒的半径课堂训练【答案】D【详解】根据洛伦兹力提供向心力解得粒子出D形金属盒时的速度则粒子出D形金属金时的动能可知动能与高频交流电压、狭缝间的距离无关；减小磁场的磁感应强度，可以减小动能；增大D形金属盒的半径，可以增大动能。故选D。课堂训练3．某回旋加速器的示意图如图所示，两个半径均为R的D形盒置于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，并与高频电源两极相连，现对氚核（，质量数为3，电荷数为1）加速，所需的高频电源的频率为f。已知元电荷为e。下列说法正确的是（）A．D形盒可以用玻璃制成B．氚核的质量为C．高频电源的电压越大，氚核从P处射出时的速度越大D．若对氦核（）加速，则高频电源的频率应调为课堂训练【答案】D【详解】A．为使D形盒内的带电粒子不受外电场的影响，D形盒应用金属材料制成，以实现静电屏蔽，A错误；B．为使回旋加速器正常工作，高频电源的频率应与带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的频率相等，由氚核在磁场中做匀速圆周运动的周期得氚核的质量B错误；课堂训练C．由得可见氚核从P处射出时的最大速度与电源的电压大小无关，C错误；D．根据氦核在磁场中做匀速圆周运动的周期得又得D正确。故选D。课堂训练4．如图所示为一种获得高能粒子的装置。环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调节的均匀磁场，质量为m、电荷量为+q的粒子在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子顺时针飞经A板时，A板电势升高为U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加速，每当粒子离开B板时，A板电势又降为零。粒子在电场的一次次加速下动能不断增大，而粒子绕行半径不变。以下说法正确的是（）课堂训练A．粒子从A板小孔处由静止开始在电场作用下加速，绕行n圈后回到A板时获得的总动能为nqUB．在粒子绕行的整个过程中，A板电势可以始终保持为+UC．在粒子绕行的整个过程中，每一圈的周期不变D．为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁感应强度必须周期性递增，则粒子绕行第n圈时的磁感应强度为课堂训练【答案】A【详解】A．粒子在电场中做匀加速直线运动，对全过程列出动能定理可得，从静止开始绕行n圈后回到A板时粒子获得的总动能为故A项正确；B．在粒子绕行的整个过程中，若A板电势始终保持为，粒子再次到达A板附近时所受电场力方向与运动方向相反，粒子被减速，就不能持续加速，B项错误；课堂训练C．粒子始终做半径为R的匀速圆周运动，由于粒子经过电场后其