质谱仪与回旋加速器 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

问题导入：

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?第4节质谱仪与回旋加速器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。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学习任务一

质谱仪学习任务一[模型建构]（1）先加速由：得：（2）再偏转(匀速圆周运动）得：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,这样就可把不同比荷的粒子分开来。3、工作原理：学习任务一

质谱仪学习任务一[模型建构](3)计算粒子打在底片上的位置到S3的距离

学习任务一CD

学习任务一

学习任务一设电子进入第n个圆筒后的速度为v，根据动能定理有：得第n个圆筒的长度为回顾：直线加速器直线加速器的原理学习任务二

回旋加速器学习任务二回旋加速器的结构①两个大磁极：在带电粒子运动范围内产生很强的匀强

磁场，使带电粒子做匀速圆周运动。②两个D形盒：D形盒内部有磁场没有电场。使带电粒

子的圆周运动不受电场影响。③D形盒间的窄缝：使带电粒子在这一区间被电场加速。④交变电场：交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动

的周期。使带电粒子在D形盒间的窄缝被加速。[模型建构]学习任务二

回旋加速器学习任务二接高频电源狭缝原理图粒子源

[模型建构]学习任务二

回旋加速器学习任务二

讨论：为了保证带电粒子每次到达D形盒缝隙间都能被加速，那D形盒缝隙的电场方向应该是恒定的还是变化的呢？

由于粒子在D型盒内每回旋半圈，进入盒缝间就需要加速一次，因此类似于多级直线加速器一样，电场方向应该是变化的，所以我们需要在D形盒缝隙间接上交流电源，以便产生方向变化的电场。[科学推理]学习任务二

回旋加速器学习任务二２．粒子的回转周期会变化吗？１．粒子圆周运动的半径和速度的关系:z.x.x.k周期不变回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为Ｒ，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：[科学推理]学习任务二

回旋加速器学习任务二①带电粒子在D形盒中运行的周期：（1）回旋加速条件②每过电场方向要改变一次，以保证带电粒子始终被加速。③电场的变化周期要等于粒子的运动周期：[科学推理]学习任务二

回旋加速器学习任务二工作原理：（2）粒子最大动能：（离开半径与D形盒半径相同）

对某种粒子q、m一定，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和回旋加速器的半径R决定，与加速度电压的大小无关。[科学推理]学习任务二

回旋加速器学习任务二

学习任务二CD

学习任务二

学习任务二

学习任务二一.质谱仪二.回旋加速器

1、条件：

2、粒子能量：

3、运动时间：课堂小结（忽略电场中时间）课后习题1.A、B是两种同位素的原子核，它们具有相同的电荷、不同的质量。为测定它们的质量比，使它们从质谱仪的同一加速电场由静止开始加速，然后沿着与磁场垂直的方向进入同一匀强磁场，打到照相底片上。如果从底片上获知A、B在磁场中运动轨迹的直径之比是1.08∶1，求A、B的质量之比。课后习题2.回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为0开始加速。根据回旋加速器的这些数据，估算该粒子离开回旋加速器时获得的动能。课后习题3.如图1.4-4所示，一束电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为θ＝60°，求电子的比荷和穿越磁场的时间。课后习题4.回旋加速器两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直