【物理】质谱仪和回旋加速器 2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册.pptx

KJKJ 安培力与洛伦兹力安培力与洛伦兹力1.4 1.4 质谱仪和回旋加速器质谱仪和回旋加速器学习目标1.知道质谱仪的构造和原理。2.知道回旋加速器的构造和原理。3.会利用力和运动的知识分析带电粒子的运动情况。动画导入质谱仪讲授新课质谱仪1.原理：如图所示，带电粒子经加速电场加速后垂直于磁场方向进入匀强磁场，最后打在照相底片上，不同质量的粒子打在照相底片上位置不同。2、电离室：使中性气体电离，产生带电粒子随堂练习质谱仪1 1、质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S S产生的各种不同正离子束（速度可看成为零），经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记产生的各种不同正离子束（速度可看成为零），经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片录它的照相底片P P上，设离子在上，设离子在P P上的位置到入口处上的位置到入口处S S1 1的距离为的距离为x x。（1）若离子质量为若离子质量为m、电荷量为、电荷量为q、加速电压为、加速电压为U、磁感应强度大小为、磁感应强度大小为B，求求x的大小。的大小。讲授新课回旋加速器 想要研究原子的结构，我们就需要“打开”原子核的高能“炮弹”，而加速器就是制造高能“炮弹”的“工厂”。在研究电场时，我们知道可以利用静电力对带电粒子做功增加粒子的能量，即 ,电压越高粒子增加的能量越大。但有一个技术问题就是如何产生高压？为了解决这一技术难题，我们想到了“多级加速”，也就是直线加速器，但设备太长。讲授新课回旋加速器 能否把加速电场盘起来，像水管或者电线一样，节省空间呢？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 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。有没有什么办法改进？讲授新课回旋加速器讲授新课回旋加速器1.交变电压的周期 为了保证带电粒子每次经过狭缝时都被加速，须在狭缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压，即交变电压的周期等于带电粒子在磁场中运动的周期。2.带电粒子的最终能量讲授新课回旋加速器2.2.带电粒子的最终能量带电粒子的最终能量：3.3.粒子被加速次数的计算：粒子被加速次数的计算：4.4.粒子在回旋加速器中运动的时间：粒子在回旋加速器中运动的时间：讲授新课回旋加速器2、用来加速带电粒子的回旋加速器的结构示意图如图甲所示，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连。带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示。忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是（）A.在Ekt图像中应有t4t3t3t2t2t1B.加速电压越大，粒子最后获得的动能就越大C.粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大D.要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的面积C（1）先加速（3）再偏转(匀速圆周运动）由：得：得：这样比荷不同的粒子就可以被分开了。质谱仪课堂小结（2）再选择Eq=B1qv课堂小结回旋加速器带电粒子带电粒子在在D D形形盒盒中运行的周期：中运行的周期：加速条件加速条件每过每过 电场方向要改变一次，电场方向要改变一次，以保证带电粒子始终被加速。以保证带电粒子始终被加速。粒子最大粒子最大动能：动能：（离开（离开半径半径与与D D形盒半径形盒半径相同）相同）对某种粒子对某种粒子q q、m m一定，粒子获一定，粒子获得的最大动能由磁感应强度得的最大动能由磁感应强度B B和回和回旋加速器的半径旋加速器的半径R R决定，与加速度决定，与加速度电压的大小无关。电压的大小无关。得：