高中物理(新教材)选修二课件4：1-4质谱仪与回旋加速器 人教版

第一章安培力与洛伦兹力4质谱仪与回旋加速器1.了解带电粒子在匀强磁场中的偏转及其应用。2.了解质谱仪和回旋加速器的工作原理。学习目标一、质谱仪1.定义：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。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粒子速度选择器：以相同速度进入偏转磁场④偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离⑤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速度选择器课堂探究原理图

加速电场速度选择器3.原理：

在偏转磁场中：

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。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例1(多选)如图是质谱仪的工作原理示意图,带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度和匀强电场的电场强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是(

)A.质谱仪是分析同位素的重要工具B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小

答案

ABC

接高频电源狭缝原理图原理图粒子源

二、回旋加速器

二、回旋加速器

周期跟轨道半径和运动速度无关尽管速率和半径一次比一次大，运动周期却始终不变。这样,如果在两盒间加一个交变电场,使它也以同样的周期往复变化,那就可以保证粒子每经过电场时,都正好赶上适合的电场方向而被加速。

二、回旋加速器

周期跟轨道半径和运动速度无关尽管速率和半径一次比一次大，运动周期却始终不变。这样,如果在两盒间加一个交变电场,使它也以同样的周期往复变化,那就可以保证粒子每经过电场时,都正好赶上适合的电场方向而被加速。

1929年，劳伦斯发明了后来被称为回旋加速器的“原子击破器”，1932年建成世界第一台回旋加速器。这是一种有奇特效能的能够加速带电粒子的装置。以后逐渐加大尺寸，在许多地方建成了一系列回旋加速器，致使他在加利福尼亚州伯克利的辐射实验室成为世界物理学家参观学习的基地。

在二战美国研制原子弹期间，劳伦斯从事过用电磁法分离铀－235，以及用加速器生产钚－239的实验研究，为探寻获取美国首批原子弹的装料途径做出了独特的贡献。到1948年，由劳伦斯建议制造的大型回旋加速器已能提供α粒子束、氘粒子束和质子束。同年初，物理学家加德西和拉蒂斯用回旋加速器的380MeVα粒子找到了介子，不久美国即开始建造第一座π介子工厂。从此，开创了一个高能物理的新时代。由于劳伦斯的倡议和推动，美国加利福尼亚大学建造了一台6GeV高能质子同步稳相加速器。物理学家们在这台巨型加速器上进行高能物理研究，完成了一系列重大发现。正负电子对撞机对撞机外景1958年6月10日，我国第一台回旋加速器调试出束北京35MeV质子直线加速器

35MeV加速器中能束流疏运线分叉35MeV加速器主体北京35MeV质子直线加速器

35MeV加速器中能束流疏运线分叉35MeV加速器主体例2(多选)一个用于加速质子的回旋加速器,其核心部分如图所示,D形盒半径为R,垂直D形盒面的匀强磁场的磁感应强度为B,两盒分别与交流电源相连。设质子的质量为m、电荷量为q,则下列说法正确的是(

)B.质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大C.质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大D.只要R足够大,质子的速度可以被加速到任意值答案

AB

1．正误判断（正确的打“√”，错误的打“×”）（1）带电粒子在磁场中运动的偏转角等于运动轨迹圆弧所对应的圆心角的2倍。（）（2）带电粒子在磁场中偏转时，速度的方向改变而速度的大小不变。（）（3）速度选择器既可以选择粒子的速度，也可以选择粒子的电性。（）（4）应用质谱仪可以测定带电粒子的比荷。（）（5）回旋加速器两狭缝可以接直流电源。（）×××√√课堂达标

AD3．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，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是（）A．增大匀强电场间的加速电压B．减小磁场的磁感应强度C．减小周期性变化的电场的频率D．增大D形金属盒的半径D

C5．如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m，电量为q的质子，质子每次经过电场区时，都恰好在电压为U时被加速，且电场可视为匀强电场，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出。下列说法正确的是（）A．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高，质子的能量E将越大B．磁感应强度B不变，若加速电压U不变，D形盒半径R越大，质子的能量E将越大C．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高，

质子在加速器中的运动时间将越长D．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高，

质子在加速器中的运动时间将越短BD备用工具&资料

C

AD一、质谱仪1.定义：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。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粒子速度选择器：以相同速度进入偏转磁场④偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离⑤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速度选择器课堂探究例1(多选)如图是质谱仪的工作原理示意图,带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度和匀强电场的电场强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是(

)A.质谱仪是分析同位素的重要工具B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,