质谱仪与回旋加速器+导学案 高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册.docx

题目1.4质谱仪与回旋加速器课型新授课日期2023.10学习目标1.知道质谱仪、回旋加速器的基本构造、原理及用途。2.会利用圆周运动知识和功能关系分析质谱仪和回旋加速器的工作进程。3.通过理论分析与推导，增强逻辑推理能力。基础知识一、质谱仪1原理图：如图所示。2电离室：使中性气体电离，产生带电粒子3.加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得 。4速度选择器：只有满足 即 的粒子才能通过速度选择器。5.偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力 。6结论：粒子的偏转距离x ，可算出粒子的质量m = 或比荷 = 。二、回旋加速器1构造图：如图所示。2核心部件：两个金属 。3原理：A处粒子源产生带点粒子。在两个D形盒之间的狭缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子被加速。在两盒高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期 ，粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，粒子做圆周运动的周期 。4最大动能：由qvB和Ekmv2得Ek (R为D形盒的半径)，即粒子在回旋加速器中获得的最大动能与 、 、 、 有关，与 无关。5回旋、加速的次数粒子每加速一次动能增加 ，故加速的次数n，回旋的次数为。6粒子的运动时间粒子的运动时间由加速次数n或回旋的次数决定，在磁场中的回旋时间t1T；在电场中的加速时间t2或t2，其中a。在回旋加速器中运动的总时间tt1t2。（两个D形盒之间的窄缝很小很小，故带电粒子在电场中的加速时间可以忽略不计）课堂拓展1. 某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为U1 ；B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，两板间距离为d ；C为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量为m、电荷量为e的正粒子（不计重力），经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。 （1）粒子的速度v为多少？ （2）速度选择器两板间电压U2为多少？ （3）粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？2.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R。 （1）粒子在盒内做何种运动？ （2）求所加交流电源的频率。 （3）求粒子加速后获得的最大动能。随堂检测3质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子(不计重力)经同一电场加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子的质量。其工作原理如图所示，虚线为某粒子的运动轨迹，由图可知( )A此粒子带负电B下极板S2比上极板S1电势高C若只增大加速电压U，则半径r变大D若只增大入射粒子的质量，则半径r变小4质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场。如图所示为质谱仪的原理图，设想有一个质量为m、带电荷量为q的粒子(不计重力)由静止开始经电压为U的加速电场加速，然后垂直磁场方向进入磁感应强度为B的偏转磁场中，带电粒子打到底片上的P点，设OPx，则下列能正确反映x与U之间的函数关系的是( )5(2021·宁夏石嘴山月考)如图所示为回旋加速器的工作原理示意图，D形金属盒置于真空中，半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度大小为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为f，加速电压为U，若中心粒子源处产生的初速度为0的质子(质量为m，电荷量为e)在加速器中被加速。不考虑相对论效应，则下列说法正确的是( )A加速的粒子获得的最大动能随加速电压U的增大而增大B不改变磁感应强度B和交流电的频率f，该加速器一定可加速其他带正电荷的粒子C质子被加速后的最大速度不能超过2RfD质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为21第 2 页 共 2 页学科网（北京）股份有限公司