人教版选修二 1.4 质谱仪与回旋加速器 课件（19张PPT）
文档属性
| 名称 | 人教版选修二 1.4 质谱仪与回旋加速器 课件（19张PPT） |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 2.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-11-12 09:16:54 | ||
图片预览
文档简介
(共19张PPT)
第一章 安培力与洛伦兹力
第4节 质谱仪与回旋加速器
回顾：带电粒子的相关知识：
U0
m , q
v
加速
偏转: 找圆心、定半径、几何关系列方程
F洛
+q m
偏转：类平抛，分解运动，各个方向独立列式
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
质谱仪
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。
一、质谱仪
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
电离室
加速电场
偏转磁场
照相底片
3.原理：
在偏转磁场中：
在电场中加速速度为：
原理图
加速电场
速度选择器
4.改进的质谱仪（多了速度度选择器）
在偏转磁场中：
5.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
在电场中加速速度为：
经速度选择器速度为：
B1
一、质谱仪
一、质谱仪
一、质谱仪
例1变式：同一种带电粒子以不同的速度垂直磁场便捷、垂直磁感线射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知：
（1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？
（2）这些速度的大小关系为？
（3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3
点所用时间的大小关系是？
3
v1t1=t2=t3
一、质谱仪
1.多级直线加速器
加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，
二、回旋加速器
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。
有的长达几十千米，坐落在两个城市之间、、、、、
回旋加速器使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步。为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖．
二、回旋加速器
1950年代美国布鲁克海文国家实验室的回旋加速器
第一台回旋加速器
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。
2.回旋加速器
①基本结构
粒子源
接交流电源
金属盒内部的电场为零
二、回旋加速器
②工作原理
正电
A0
v0
A/2
v1
A1
A/1
A2
v2
结果：粒子就会不断的加速,圆周半径不断变大......
直到？
a、粒子源发出粒子
c、在磁场中做半个周期的匀速圆周运动
b、在电场中加速
思考与讨论：怎样才能让粒子不断加速？
二、回旋加速器
2.回旋加速器
当粒子做圆周运动的半径与D形盒半径R相同时粒子将会从粒子引出口飞出D形盒
二、回旋加速器
2.回旋加速器
②工作原理：电场中加速、磁场偏转
③工作特点：速度不断变大、半径不断变大、
但周期不变
④工作条件：
⑤最大速度：
因为两个D形盒之间的窄缝很小，所以带电粒子在电场中的加速时间可以忽略不计。
⑥电压和加速次数的关系：
我国自主研发成功的超导回旋加速器，质子束能量首次达到231MeV用于恶性肿瘤、心脑血管等重大疾病的诊断和治疗
超导回旋加速器
二、回旋加速器
目前世界上能量最高的超级粒子同步回旋加速器，直径达2公里左右，能量可达500GeV
美国费米实验室
二、回旋加速器
BD
例2变式：回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的 D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m、电荷量为＋q，加在狭缝间的交变电压如图2所示，电压值的大小为U0，周期T＝ 。一束该种粒子在t＝0时刻从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零。现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能
够出射的粒子每次经过狭缝均做加
速运动，不考虑粒子间的相互作用，
求：(1)出射粒子的动能Em
(2)粒子在回旋加速器中运动的总时间
二、回旋加速器
速度选择器
磁流体发电机
原理：qvB=q
I=
电磁流量计
原理：qvB=q
Q=sv=
霍尔元件
原理：qvB=q
I=ndlve
UH=
三、速度选择器
1、是否直线运动，只看速度
qvB=qE
2、有确定的入口和出口
3、曲线运动
例3、为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U，若用Q表示污水流量(单位时间内流出的污水体积)，下列说法中正确的是( )
A．M板电势一定高于N板的电势
B．污水中离子浓度越高，电压表的示数越大
C．污水流动的速度越大，电压表的示数越大
D．电压表的示数U与污水流量Q成正比
三、速度选择器
ACD
例3变式：磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场。图中虚线框部分相当于发电机。把两个极板与用电器相连，则( )
A．用电器中的电流方向从B到A
B．用电器中的电流方向从A到B
C．若只减小磁场，发电机的电动势增大
D．若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大
三、速度选择器
BD
第一章 安培力与洛伦兹力
第4节 质谱仪与回旋加速器
回顾：带电粒子的相关知识：
U0
m , q
v
加速
偏转: 找圆心、定半径、几何关系列方程
F洛
+q m
偏转：类平抛，分解运动，各个方向独立列式
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
质谱仪
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。
一、质谱仪
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
电离室
加速电场
偏转磁场
照相底片
3.原理：
在偏转磁场中：
在电场中加速速度为：
原理图
加速电场
速度选择器
4.改进的质谱仪（多了速度度选择器）
在偏转磁场中：
5.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
在电场中加速速度为：
经速度选择器速度为：
B1
一、质谱仪
一、质谱仪
一、质谱仪
例1变式：同一种带电粒子以不同的速度垂直磁场便捷、垂直磁感线射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知：
（1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？
（2）这些速度的大小关系为？
（3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3
点所用时间的大小关系是？
3
v1
一、质谱仪
1.多级直线加速器
加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，
二、回旋加速器
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。
有的长达几十千米，坐落在两个城市之间、、、、、
回旋加速器使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步。为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖．
二、回旋加速器
1950年代美国布鲁克海文国家实验室的回旋加速器
第一台回旋加速器
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。
2.回旋加速器
①基本结构
粒子源
接交流电源
金属盒内部的电场为零
二、回旋加速器
②工作原理
正电
A0
v0
A/2
v1
A1
A/1
A2
v2
结果：粒子就会不断的加速,圆周半径不断变大......
直到？
a、粒子源发出粒子
c、在磁场中做半个周期的匀速圆周运动
b、在电场中加速
思考与讨论：怎样才能让粒子不断加速？
二、回旋加速器
2.回旋加速器
当粒子做圆周运动的半径与D形盒半径R相同时粒子将会从粒子引出口飞出D形盒
二、回旋加速器
2.回旋加速器
②工作原理：电场中加速、磁场偏转
③工作特点：速度不断变大、半径不断变大、
但周期不变
④工作条件：
⑤最大速度：
因为两个D形盒之间的窄缝很小，所以带电粒子在电场中的加速时间可以忽略不计。
⑥电压和加速次数的关系：
我国自主研发成功的超导回旋加速器，质子束能量首次达到231MeV用于恶性肿瘤、心脑血管等重大疾病的诊断和治疗
超导回旋加速器
二、回旋加速器
目前世界上能量最高的超级粒子同步回旋加速器，直径达2公里左右，能量可达500GeV
美国费米实验室
二、回旋加速器
BD
例2变式：回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的 D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m、电荷量为＋q，加在狭缝间的交变电压如图2所示，电压值的大小为U0，周期T＝ 。一束该种粒子在t＝0时刻从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零。现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能
够出射的粒子每次经过狭缝均做加
速运动，不考虑粒子间的相互作用，
求：(1)出射粒子的动能Em
(2)粒子在回旋加速器中运动的总时间
二、回旋加速器
速度选择器
磁流体发电机
原理：qvB=q
I=
电磁流量计
原理：qvB=q
Q=sv=
霍尔元件
原理：qvB=q
I=ndlve
UH=
三、速度选择器
1、是否直线运动，只看速度
qvB=qE
2、有确定的入口和出口
3、曲线运动
例3、为了测量某化工厂的污水排放量，技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计，该装置由绝缘材料制成，长、宽、高分别为a、b、c，左、右两端开口，在垂直于前、后面的方向加磁感应强度为B的匀强磁场，在上、下两个面的内侧固定有金属板M、N作为电极，污水充满管口从左向右流经该装置时，电压表将显示两个电极间的电压U，若用Q表示污水流量(单位时间内流出的污水体积)，下列说法中正确的是( )
A．M板电势一定高于N板的电势
B．污水中离子浓度越高，电压表的示数越大
C．污水流动的速度越大，电压表的示数越大
D．电压表的示数U与污水流量Q成正比
三、速度选择器
ACD
例3变式：磁流体发电是一项新兴技术。如图所示，平行金属板之间有一个很强的磁场，将一束含有大量正、负带电粒子的等离子体，沿图中所示方向喷入磁场。图中虚线框部分相当于发电机。把两个极板与用电器相连，则( )
A．用电器中的电流方向从B到A
B．用电器中的电流方向从A到B
C．若只减小磁场，发电机的电动势增大
D．若只增大喷入粒子的速度，发电机的电动势增大
三、速度选择器
BD