质谱仪与回旋加速器课件高中物理人教版选择性必修第二册

1.4质谱仪与回旋加速器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?U0Bm,q设计实验方案：如何分离不同比荷的带电粒子？一束带电粒子经电场加速后，在磁场中偏转。（1）带电粒子从静止开始经电场加速，求出电场时的速度。

（2）带电粒子偏转磁场中做什么运动？轨道半径为多大？（3）

你会求粒子在偏转磁场中的偏转距离吗？（4）

你能得出得粒子的质量和比荷表达式吗？弗朗西斯•阿斯顿一、质谱仪一、质谱仪1.质谱仪：利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量、轨道半径确定其质量的仪器。是科学研究中用来分析同位素和测量带电粒子质量的重要工具。2.结构及作用：①电离室：使中性气体电离，产生带电粒子②加速电场：使带电粒子获得速度③偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离④照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径电离室加速电场偏转磁场照相底片3.原理：4.作用：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由于粒子的荷质比不同，则做圆周运动的半径也不同，因此打到不同的位置。由粒子质量公式可知，如果带电粒子的电荷量相同，质量有微小差别，就会打在照相底片上的不同位置，出现一系列的谱线，不同质量对应着不同的谱线，叫作质谱线。一、质谱仪在偏转电场中，带电粒子的偏转距离为x

=2

r比荷:质量:由：得：得：由：经电场加速得：例1（指向目标1、2）如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场（磁感应强度为B1）和匀强电场（电场强度为E）组成的速度选择器，然后通过狭缝P进入另一匀强磁场（磁感应强度为B2），最终打在A1A2上，粒子重力不计。下列表述正确的是（

）A.粒子带负电B.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BC.粒子打在A1A2的位置越靠近P，粒子的比荷q/m越大D.所有打在A1A2上的粒子，在磁感应强度为B’的磁场中的运动时间都相同直线加速器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”。那如何才能获得需要的高能粒子呢？科学探究产生这些高能“炮弹”的“工厂”就是各种各样的粒子加速器直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制。能不能设计一种能实现多次加速，又减少占地空间的加速器呢？二、回旋加速器1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内对带电粒子进行多级加速。劳伦斯第一台回旋加速器概念：利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用，在较小的范围内来获得高能粒子的装置。2.结构：回旋加速器的核心部件是:（1）两个D形盒(半圆金属盒）（2）A粒子源

（3）交流电源

（4）偏转磁场二、回旋加速器原理图二、回旋加速器U3.工作原理：（1）磁场的作用是什么？粒子在磁场中运动特点？写出粒子进入磁场后向心力表达式？半径？周期？

（2）电场的作用是什么？

（3）再次进入电场，怎么保证能做加速运动？

（4）带电粒子飞出回旋加速器加速时，获得的动能由哪些因素决定？接高频电源狭缝原理图粒子源

【例2】(指向目标1、2)回旋加速器是用来加速带电粒子，使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子带电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rm，其运动轨迹如图所示。问：

(1)D