质谱仪与回旋加速器

关于质谱仪与回旋加速器第2页,共35页，星期六，2024年，5月一、质谱仪和回旋加速器1．质谱仪(1)原理图：如图3－5－2图3－5－2第3页,共35页，星期六，2024年，5月第4页,共35页，星期六，2024年，5月第5页,共35页，星期六，2024年，5月核心要点突破一、质谱仪工作原理的理解质谱仪是利用电场和磁场控制电荷运动的精密仪器，它是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．其结构如图3－5－2甲所示，容器A中含有电荷量相同而质量有微小差别的带电粒子．经过S1和S2之间的电场加速，它们进入磁场将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干谱线状的细条，叫做质谱线．每一条谱线对应于一定的质量．从谱线的位置可以知道圆周的半径，如果再已知带电粒子的电荷量，就可以算出它的质量，这种仪器叫做质谱仪．第6页,共35页，星期六，2024年，5月第7页,共35页，星期六，2024年，5月第8页,共35页，星期六，2024年，5月第9页,共35页，星期六，2024年，5月第10页,共35页，星期六，2024年，5月第11页,共35页，星期六，2024年，5月第12页,共35页，星期六，2024年，5月第13页,共35页，星期六，2024年，5月第14页,共35页，星期六，2024年，5月第15页,共35页，星期六，2024年，5月第16页,共35页，星期六，2024年，5月第17页,共35页，星期六，2024年，5月第18页,共35页，星期六，2024年，5月第19页,共35页，星期六，2024年，5月即时应用(即时突破，小试牛刀)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3－5－7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(

)图3－5－7第20页,共35页，星期六，2024年，5月A．增大匀强电场间的加速电压B．增大磁场的磁感应强度C．减小狭缝间的距离D．增大D形金属盒的半径第21页,共35页，星期六，2024年，5月即时应用(即时突破，小试牛刀)3．(2011年杭州高二检测)一个带电粒子以初速度v0垂直于电场方向向右射入匀强电场区域，穿出电场后接着又进入匀强磁场区域．设电场和磁场区域有明确的分界线，且分界线与电场强度方向平行，如图3－5－8中的虚线表示．在图所示的几种情况中，可能出现的是(

)图3－5－8第22页,共35页，星期六，2024年，5月解析：选AD。A、C选项中粒子在电场中向下偏转，所以粒子带正电，再进入磁场后，A图中粒子应逆时针转，正确．C图中粒子应顺时针转，错误．同理可以判断B错，D对．第23页,共35页，星期六，2024年，5月变式训练1

如图3－5－12为质谱仪的示意图．速度选择部分的匀强电场场强E＝1.2×105V/m，匀强磁场的磁感应强度为B1＝0.6T．偏转分离器的磁感应强度为B2＝0.8T．求：(1)能通过速度选择器的粒子速度有多大？(2)质子和氘核进入偏转分离器后打在底片上的条纹之间的距离d为多少？图3－5－12第24页,共35页，星期六，2024年，5月答案：(1)2×105m/s

(2)5.2×10－3m第25页,共35页，星期六，2024年，5月类型三回旋加速器的应用例3

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形金属盒，两盒分别和一高频交流电源两极相连，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过窄缝都得到加速，两盒放在匀强磁场中，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3－5－13所示，问：第26页,共35页，星期六，2024年，5月(1)盒中有无电场？(2)粒子在盒内做何种运动？(3)所加交流电频率应是多大，粒子角速度为多大？(4)粒子离开加速器时速度是多大，最大动能为多少？(5)设两D形盒间电场的电势差为U，求加速到上述能量所需的时间．(不计粒子在电场中运动的时间)图3－5－13第27页,共35页，星期六，2024年，5月第28页,共35页，星期六，2024年，5月第29页,共35页，星期六，2024年，5月第30页,共35页，星期六，2024年，5月【规律总结】

求解此题应注意以下两点：(1)交流电的周期与粒子做圆周运动的周期相同回旋加速器才能正常工作．(2)根据匀速圆周运动知识求出粒子最大速度的表达式，再据此判断它与何物理量有关．第31页,共35页，星期六，2024年，5月变式训练3

(2011年吉林市高二检测)用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，原则上可以采用下列哪几种方法(

)A．将其磁感应强度增大为原来的2倍B．将其磁感应强度增大为原来的4倍C．将D形盒的半径增大为原来的2倍D．将D形盒的半径增大为原来的4