《学霸笔记 同步精讲》第1章 安培力与洛伦兹力 4.质谱仪与回旋加速器（课件）高中物理人教版选择性必修2
文档属性
| 名称 | 《学霸笔记 同步精讲》第1章 安培力与洛伦兹力 4.质谱仪与回旋加速器（课件）高中物理人教版选择性必修2 |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 4.6MB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-03-10 00:00:00 | ||
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文档简介
(共35张PPT)
4.质谱仪与回旋加速器
第一章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
知道质谱仪、回旋加速器的构造和工作原理。
素 养 阐 释
会利用相关规律解决质谱仪、回旋加速器问题,掌握科学思维的方法。
自主预习·新知导学
一、质谱仪
1.运动过程:
2.分析:如图所示,根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径大小,就可以判断带电粒子比荷的大小,如果测出半径且已知电荷量,就可求出带电粒子的质量。
3.质谱仪有什么用途
提示:质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。
二、回旋加速器
1.构造图(如图所示)
2.工作原理
(1)电场的特点及作用
特点:两个D形盒之间的窄缝区域存在交变电场。
作用:带电粒子经过该区域时被加速。
(2)磁场有什么特点,有什么作用
提示:特点:D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。
作用:带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,从而改变运动方向,半个周期后再次进入电场。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)因同位素的质量不同,所以同位素的离子在质谱仪中的轨道半径不同。
( )
(2)利用回旋加速器加速带电粒子,要提高加速粒子的最终能量,应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。( )
(3)回旋加速器工作时,电场必须是周期性变化的。( )
(4)回旋加速器中,磁场的作用是改变粒子速度的方向,便于多次加速。
( )
√
√
√
√
2.回旋加速器所用交流电压的周期由什么决定
提示:为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速,能量不断提高,交流电压的周期必须等于带电粒子在回旋加速器中做匀速圆周运动的周期,即 。因此,交流电压的周期由带电粒子的质量m、带电粒子的电荷量q和加速器中磁场的磁感应强度B来决定。
合作探究·释疑解惑
知识点一
质谱仪
【问题引领】
下图为质谱仪原理示意图。设粒子质量为m、电荷量为q,加速电场电压为U,偏转磁场的磁感应强度为B,粒子从容器A下方的小孔S1飘入加速电场,其初速度几乎为0。
(1)粒子进入磁场时速度是多大
(2)打在底片上的位置到S3的距离多大
提示:质谱仪的工作原理是带电粒子经加速电场加速,然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,最后打到照相底片D上。
【归纳提升】
【典型例题】
【例题1】 质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备,它的构造原理图如图所示。离子源S产生的各种不同正离子束(速度可视为0),经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场,运动半周后到达照相底片上的P点。设P到S1的距离为x,则( )
A.若离子束是同位素,则x越大对应的离子质量越小
B.若离子束是同位素,则x越大对应的离子质量越大
C.只要x相同,对应的离子质量一定相同
D.只要x相同,对应的离子的电荷量一定相等
答案:B
(1)求离子束从小孔O射入磁场后打到x轴的区间。
(2)调整磁感应强度的大小,可使速度最大的离子恰好打在探测板的右端,求此时磁感应强度的大小B1。
知识点二
回旋加速器
【问题引领】
回旋加速器两D形盒之间有窄缝,中心附近放置粒子源(如质子、氘核或α粒子源),D形盒间接上交流电源,在狭缝里形成一个交变电场。D形盒上有垂直盒面的匀强磁场,如图所示。
甲
乙
(1)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用
(2)对交流电源的周期有什么要求
(3)带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定
提示:(1)磁场的作用是改变带电粒子运动方向,电场的作用是使带电粒子加速。
(2)交流电源的周期应等于带电粒子在磁场中做圆周运动的周期。
【归纳提升】
1.电场的特点及作用:
特点:周期性变化,其周期等于粒子在磁场中做圆周运动的周期。
作用:加速带电粒子。
2.磁场的作用:改变粒子的运动方向。
粒子在一个D形盒中运动半个周期,运动至狭缝进入电场被加速。
3.交流电压的作用:为保证粒子每次经过狭缝时都被加速,使之能量不断提高,需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流电压。
【典型例题】
【例题2】 回旋加速器是用来加速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,使粒子每次穿过狭缝时都得到加速;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。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。
(1)粒子在盒内做何种运动
(2)求所加交流电源的频率及粒子的角速度;
(3)求粒子离开加速器时的最大速度及最大动能。
答案:(1)匀速圆周运动,每次加速之后半径变大
(1)带电粒子通过回旋加速器最终获得的动能 ,与加速的次数以及加速电压U的大小无关。
(2)交流电源的周期与粒子做圆周运动的周期相等。
【变式训练2】 (多选)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源两极相连接的两个D形金属盒,两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场,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,如图所示。设D形盒半径为R,若用回旋加速器加速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交变电流频率为f,则下列说法正确的是( )
A.质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR
B.质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关
C.只要R足够大,质子的速度可以被加速到任意值
D.不改变B和f,该回旋加速器也能用于加速α粒子
答案:AB
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(回旋加速器)(多选)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变电流两极相连接的两个D形金属盒;在两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场,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面的匀强磁场中,如图所示。设匀强磁场的磁感应强度为B,D形金属盒的半径为R,狭缝间的距离为d,匀强电场间的加速电压为U,要增大带电粒子(电荷量为q、质量为m,不计重力)射出时的动能,则下列方法中可行的是( )
A.增大匀强电场间的加速电压
B.减小狭缝间的距离
C.增大磁场的磁感应强度
D.增大D形金属盒的半径
答案:CD
2.(质谱仪)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
答案:C
4.质谱仪与回旋加速器
第一章
2026
内容索引
01
02
03
自主预习·新知导学
合作探究·释疑解惑
课 堂 小 结
04
随 堂 练 习
课 标 定 位
知道质谱仪、回旋加速器的构造和工作原理。
素 养 阐 释
会利用相关规律解决质谱仪、回旋加速器问题,掌握科学思维的方法。
自主预习·新知导学
一、质谱仪
1.运动过程:
2.分析:如图所示,根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径大小,就可以判断带电粒子比荷的大小,如果测出半径且已知电荷量,就可求出带电粒子的质量。
3.质谱仪有什么用途
提示:质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。
二、回旋加速器
1.构造图(如图所示)
2.工作原理
(1)电场的特点及作用
特点:两个D形盒之间的窄缝区域存在交变电场。
作用:带电粒子经过该区域时被加速。
(2)磁场有什么特点,有什么作用
提示:特点:D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。
作用:带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,从而改变运动方向,半个周期后再次进入电场。
【思考讨论】
1.判断下列说法的正误。
(1)因同位素的质量不同,所以同位素的离子在质谱仪中的轨道半径不同。
( )
(2)利用回旋加速器加速带电粒子,要提高加速粒子的最终能量,应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R。( )
(3)回旋加速器工作时,电场必须是周期性变化的。( )
(4)回旋加速器中,磁场的作用是改变粒子速度的方向,便于多次加速。
( )
√
√
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2.回旋加速器所用交流电压的周期由什么决定
提示:为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速,能量不断提高,交流电压的周期必须等于带电粒子在回旋加速器中做匀速圆周运动的周期,即 。因此,交流电压的周期由带电粒子的质量m、带电粒子的电荷量q和加速器中磁场的磁感应强度B来决定。
合作探究·释疑解惑
知识点一
质谱仪
【问题引领】
下图为质谱仪原理示意图。设粒子质量为m、电荷量为q,加速电场电压为U,偏转磁场的磁感应强度为B,粒子从容器A下方的小孔S1飘入加速电场,其初速度几乎为0。
(1)粒子进入磁场时速度是多大
(2)打在底片上的位置到S3的距离多大
提示:质谱仪的工作原理是带电粒子经加速电场加速,然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场,在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,最后打到照相底片D上。
【归纳提升】
【典型例题】
【例题1】 质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备,它的构造原理图如图所示。离子源S产生的各种不同正离子束(速度可视为0),经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场,运动半周后到达照相底片上的P点。设P到S1的距离为x,则( )
A.若离子束是同位素,则x越大对应的离子质量越小
B.若离子束是同位素,则x越大对应的离子质量越大
C.只要x相同,对应的离子质量一定相同
D.只要x相同,对应的离子的电荷量一定相等
答案:B
(1)求离子束从小孔O射入磁场后打到x轴的区间。
(2)调整磁感应强度的大小,可使速度最大的离子恰好打在探测板的右端,求此时磁感应强度的大小B1。
知识点二
回旋加速器
【问题引领】
回旋加速器两D形盒之间有窄缝,中心附近放置粒子源(如质子、氘核或α粒子源),D形盒间接上交流电源,在狭缝里形成一个交变电场。D形盒上有垂直盒面的匀强磁场,如图所示。
甲
乙
(1)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用
(2)对交流电源的周期有什么要求
(3)带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定
提示:(1)磁场的作用是改变带电粒子运动方向,电场的作用是使带电粒子加速。
(2)交流电源的周期应等于带电粒子在磁场中做圆周运动的周期。
【归纳提升】
1.电场的特点及作用:
特点:周期性变化,其周期等于粒子在磁场中做圆周运动的周期。
作用:加速带电粒子。
2.磁场的作用:改变粒子的运动方向。
粒子在一个D形盒中运动半个周期,运动至狭缝进入电场被加速。
3.交流电压的作用:为保证粒子每次经过狭缝时都被加速,使之能量不断提高,需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流电压。
【典型例题】
【例题2】 回旋加速器是用来加速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,使粒子每次穿过狭缝时都得到加速;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。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。
(1)粒子在盒内做何种运动
(2)求所加交流电源的频率及粒子的角速度;
(3)求粒子离开加速器时的最大速度及最大动能。
答案:(1)匀速圆周运动,每次加速之后半径变大
(1)带电粒子通过回旋加速器最终获得的动能 ,与加速的次数以及加速电压U的大小无关。
(2)交流电源的周期与粒子做圆周运动的周期相等。
【变式训练2】 (多选)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源两极相连接的两个D形金属盒,两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场,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,如图所示。设D形盒半径为R,若用回旋加速器加速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交变电流频率为f,则下列说法正确的是( )
A.质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR
B.质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关
C.只要R足够大,质子的速度可以被加速到任意值
D.不改变B和f,该回旋加速器也能用于加速α粒子
答案:AB
课 堂 小 结
随 堂 练 习
1.(回旋加速器)(多选)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变电流两极相连接的两个D形金属盒;在两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场,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面的匀强磁场中,如图所示。设匀强磁场的磁感应强度为B,D形金属盒的半径为R,狭缝间的距离为d,匀强电场间的加速电压为U,要增大带电粒子(电荷量为q、质量为m,不计重力)射出时的动能,则下列方法中可行的是( )
A.增大匀强电场间的加速电压
B.减小狭缝间的距离
C.增大磁场的磁感应强度
D.增大D形金属盒的半径
答案:CD
2.(质谱仪)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
答案:C