物理人教版（2019）选择性必修第二册1.4质谱仪与回旋加速器 课件（共17张ppt）

(共17张PPT)
1.4 质谱仪与回旋加速器
怎么分开电荷量相同，但质量不同的带电粒子？
质谱仪
阿斯顿
一、质谱仪
一、质谱仪
粒子源
加速电场U
偏转磁场B
照相底片
2.原理：
在电场中加速
在磁场中偏转
质谱线或谱线
则比荷
质量
3.用途：
1.构造：
测量带电粒子的比荷、质量；
分析同位素
1.(多选)利用质谱仪可以分析碘的各种同位素。如图所示，电荷量相同的带正电的131I与127I从容器A下方的小孔S1进入加速电场(初速度不计)，经电场加速后从小孔S2射出，进入垂直纸面的匀强磁场中，最后打在照相底片D上。下列说法正确的是（ ）
A.磁场的方向垂直纸面向里
B.打在b处的是127I
C.127I在磁场中运动速度更大
D.131I在磁场中运动时间更长
CD
2.质谱仪的原理图如图所示，由加速电场、速度选择器和偏转磁场组成。在速度选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场(图中未画出)。偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B2的匀强磁场。一电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过加速电场后，进入速度选择器，并能沿直线穿过速度选择器，从A点垂直MN进入偏转磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的C点。已知速度选择器中的电场方向水平向右、电场强度大小为E，A点到C点的距离为x，
带电粒子所受的重力可忽略不计。求：
(1)粒子进入偏转磁场的速度大小v；
(2)速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向；
(3)加速电场的电势差U。
直线加速器
0
1
2
3
4
5
6
7
8
交变电压
加速电场
斯坦福大学加速器
北京正负电子对撞机
直线加速器占地空间非常大，有的长达几十千米，坐落在两个城市之间
欧内斯特·劳伦斯与他自己发明的回旋加速器
二、回旋加速器
二、回旋加速器
1.构造：
二、回旋加速器
1.构造：
2.原理：
（1）粒子经电场加速，经磁场回旋
（2）加速条件：
交流电源的周期等于粒子做圆周运动的周期
一个周期内，粒子加速 次
二、回旋加速器
1.构造：
2.原理：
（3）最大动能：
若D形盒半径为R
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。
二、回旋加速器
1.构造：
2.原理：
（4）加速次数：
（5）运动时间：
加速时间：
回旋时间：
回旋加速器不可无限加速。
粒子速度v接近光速c时，质量变大，在磁场中运动周期改变，与交变电场周期不同步。
只要不断增大回旋加速器的半径R，就能不断提高粒子获得的速度吗？
实际上，回旋加速器加速的带电粒子，能量达到25~30MeV后，就很难再加速了
3.某小型医用回旋加速器，最大回旋半径为0.5 m，磁感应强度大小为1.12 T，质子加速后获得的最大动能为1.5×107 eV。根据给出的数据，可计算质子经该回旋加速器加速后的最大速率约为（ ）
(忽略相对论效应，1 eV＝1.6×10－19 J)
A.3.6×106 m/s　　　B.1.2×107 m/s
C.5.4×107 m/s　　　D.2.4×108 m/s
C
4.(多选)如图所示为回旋加速器示意图，利用回旋加速器对粒子(电荷量和质子相等，质量为质子的2倍)进行加速，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T。忽略粒子在D形盒缝隙间的运动时间和相对论效应，下列说法正确的是( )
A.保持B和T不变，该回旋加速器可以加速质子
B.仅将磁场的磁感应强度变为2倍，该回旋加速器仍可加速粒子
C.保持B和T不变，该回旋加速器可以加速粒子(电荷量为质子
的2倍，质量为质子的4倍)，加速后粒子的最大动能是粒子最大动能的2倍
D.保持B和T不变，该回旋加速器可以加速粒子(电荷量为质子的2倍，质量
为质子的4倍)，且粒子在回旋加速器中运动的时间与粒子的运动时间相等
CD
5.回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒内的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过窄缝时都能被加速，加速电压大小始终为U，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Rmax。求：
(1)所加交流电源频率；
(2)粒子离开加速器时的最大动能；
(3)粒子被加速次数；
(4)若带电粒子在电场中加速的加速度大小恒为a，粒子在电场中加速的总时间。
一、质谱仪
由：
得：
二、回旋加速器
1.条件：
2.粒子能量：
=