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

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1、1.4质谱仪与回旋加速器学案【学习目标】1.了解质谱仪、回旋加速器的工作原理。2.经历质谱仪工作原理的推理过程，体会逻辑推理的思维方法。了解回旋加速器面临的技术难题，体会科学与技术之间得的相互影响。【预习案】1先通读教材，完成助读，熟记并理解基础知识，再完成检测；2独立完成，用时20分钟一、教材助读1质谱仪：（1）是用来测量带电粒子的 和分析 的重要工具。它是利用粒子在电场中加速后进入磁场做 。其结构如甲图所示，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 ，每

2、一条谱线对应于一定的 。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。 2回旋加速器：(1)使带电粒子加速的方法有：经过多次 直线加速；利用电场 和磁场的 作用，回旋 。(2) 回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用，在 的范围内来获得 的装置。(3)为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使之能量不断提高，要在狭缝处加一个 电压，产生交变电场的频率跟粒子运动的频率 。带电粒子获得的最大能量与D形盒 有关。【预习检测】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

3、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()A增大匀强电场的加速电压B增大磁场的磁感应强度C减小狭缝间的距离D增大D形金属盒的半径探究案探究点与一： 质谱仪的认识通过阅读课本，请你说出质谱仪的工作原理和作用。 【变式训练1】现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度

4、增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为()A11 B12 C121 D144探究点二 ：回旋加速器的认识和应1.回旋加速器靠什么来使粒子旋转？2.回旋加速器靠什么来加速？加速的时候要注意解决什么问题？3加速器的速度能无限制加下去吗？限制的因素是什么？【变式训练2】 回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间窄缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都得到加速，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Rmax，其运动轨迹如图，

5、问：（1）盒内有无电场？（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为多大，最大动能为多少？（5）设两D形盒间电场的电势差为U，盒间距离为d，其电场均匀，求加速到上述能量所需时间。总结：回旋加速器是一种重要的仪器，其原理就是让带电粒子在金属盒内多次加速，磁场使其偏移，金属盒间缝很窄，弄清带电粒子的运动就不难解答问题。 反馈测评1. 质谱仪是用来测定带电粒子的质量和分析同位素的装置，如图所示，电容器两极板相距为d，两板间的电压为U，极板间的匀强磁场的磁感应强度为B1，一束电荷量相同的带正电的粒子沿电容器的中线平行于极板射入电容器，沿直线穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场，结果分别打在感光片上的a、b两点，设a、b两点之间的距离为x，粒子所带电荷量为q，如不计重力求：(1)粒子进入匀强磁场B2时的速度v为多少？(2)打在a、b两点的粒子的质量之差m为多少？2如图所示，回旋加速器D型盒的半径为R,匀强磁场的磁感应强度为B，高频电场的电压为U，So为粒子源，S为引出口。若被加速粒子的质量为m，电荷量为q，设粒子加速时质量不变，且不考虑粒子从粒子源出来时具有的能量。求：外加电场的变化周期为多少？粒子从加速器中射出时所具有的能量？粒子在加速器中被加速的时间共为多少？ 3学科网（北京）股份有限公司