人教版高二物理选择性必修第二册第一章课件1.4质谱仪 回旋加速器(共28张PPT)
文档属性
| 名称 | 人教版高二物理选择性必修第二册第一章课件1.4质谱仪 回旋加速器(共28张PPT) |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.8MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-11-25 15:01:09 | ||
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文档简介
(共28张PPT)
1.4
质谱仪
回旋加速器
应用：
同一磁场中不同带电粒子的迹径不同
能否根据带电粒子的运动轨迹分辨初速度为零但比荷不同的粒子？
质谱仪
通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器.
例1：
一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。
（1）求粒子进入磁场时的速率。
（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。
可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子
氘核和α粒子，从静止开始经相同电场加速后，垂直进入同一匀强磁场作圆周运动.则这两个粒子的
(1)动能之比为多少?
(2)轨道半径之比为多少?
(3)周期之比为多少?
巩固训练
1:2
1:1
1:1
加速器
问题1：用什么方法可以加速带电粒子?
利用加速电场可以加速带电粒子
+
U
+
+
+
问题2：要使一个带正电粒子获得更大的
速度(能量)?
采用多个电场,使带电粒子多级加速
采用上图进行多级加速,真的可行吗?有什么问题?如何改进?
斯坦福大学的加速器
直线加速器占地太大，能不能让它小一点
？
1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，从而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
1、结构：
①
两个D形盒及两个大磁极
②
D形盒间的窄缝
③
高频交流电
二、回旋加速器
2、原理
交变电压：保证带电粒子每次经过窄缝时
都被加速。
用磁场控制轨道、用电场进行加速
问题1：粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动周期会增加吗?
问题2：在回旋加速器中，如果两个D型盒不是分别接在高频交流电源的两极上，而是接在直流的两极上，那么带电粒子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。
?
问题3：要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个
电压。
交变
交变电压的周期TE
=
粒子在磁场中运动的周期TB
根据下图，说一说为使带电粒子不断得到加速，提供的电压应符合怎样的要求？
问题4：回旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些因素决定?
观点1：认为电场是用来加速的，磁场是用来回旋的，最终的能量应与磁场无关。应与电场有关，加速电压越高，粒子最终能量越高。对吗？
观点2：
运动半径最大Rm=mVm/qB,得
Vm=qBRm/m
半径最大时，速度也应最大。
带电粒子的运动最大半径等于D形盒的半径时，粒子的速度达到最大。对吗？
问题5：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，
求：从出口射出时，粒子的速度v=?
D
V=？
U
B
解：
当粒子从D形盒出口飞出时，
粒子的运动半径=D形盒的半径
问题6：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，
求:(1)从出口射出时，粒子的动能Ek=?
(2)要增大粒子的最大动能可采取哪些措施?
D
V=？
U
B
问题7：
R越大，EK越大，是不是只要R不断增大，
EK
就可以无限制增大呢?
实际并非如此．例如：用这种经典的回旋加速器来加速粒子，最高能量只能达到20MeV．这是因为当粒子的速率大到接近光速时，按照相对论原理，粒子的质量将随速率增大而明显地增加，从而使粒子的回旋周期也随之变化，这就破坏了加速器的同步条件．
2、交变电场的周期和粒子的运动周期T相同----保证粒子每次经过交变电场时都被加速
1、
粒子在匀强磁场中的运动周期不变
二、回旋加速器
小结
3、粒子加速的最大速度由盒的半径决定
为了获得更高能量的带电粒子，人们又继续寻找新的途径．例如，设法使交变电源的变化周期始终与粒子的回旋周期保持一致，于是就出现了同步回旋加速器．除此之外，人们还设计制造出多种其它的新型加速器．目前世界上最大的加速器已能使质子达到10000亿eV(106MeV)以上的能量．
美国费米实验室加速器
例1：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是(
)
A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用
B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的
C、只有电场能对带电粒子起加速作用
D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动
CD
例2：质量为m、带电量为q的带电粒子在回旋加速器中央狭缝的正中间由静止释放，在电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动，设电场的加速电压为U，则粒子第一次做匀速圆周运动的轨道半径R0=
，粒子在磁场中的周期T=
。
交变电压的周期T=?
例3：一回旋加速器，可把质子加速到v，使它获得动能EK
（1）能把α粒子加速到的速度为?
（2）能把α粒子加速到的动能为?
（3）加速α粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为?
本课小结：
二、应用：
1、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的
装置
由加速电场、偏转磁场等组成
2、回旋加速器：使带电粒子获得高能量
的装置
由D形盒、高频交变电场等组成
谢谢观赏！！！
1.4
质谱仪
回旋加速器
应用：
同一磁场中不同带电粒子的迹径不同
能否根据带电粒子的运动轨迹分辨初速度为零但比荷不同的粒子？
质谱仪
通过测出粒子圆周运动的半径，计算粒子的比荷或质量及分析同位素的仪器.
例1：
一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。
（1）求粒子进入磁场时的速率。
（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。
可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子
氘核和α粒子，从静止开始经相同电场加速后，垂直进入同一匀强磁场作圆周运动.则这两个粒子的
(1)动能之比为多少?
(2)轨道半径之比为多少?
(3)周期之比为多少?
巩固训练
1:2
1:1
1:1
加速器
问题1：用什么方法可以加速带电粒子?
利用加速电场可以加速带电粒子
+
U
+
+
+
问题2：要使一个带正电粒子获得更大的
速度(能量)?
采用多个电场,使带电粒子多级加速
采用上图进行多级加速,真的可行吗?有什么问题?如何改进?
斯坦福大学的加速器
直线加速器占地太大，能不能让它小一点
？
1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，从而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
1、结构：
①
两个D形盒及两个大磁极
②
D形盒间的窄缝
③
高频交流电
二、回旋加速器
2、原理
交变电压：保证带电粒子每次经过窄缝时
都被加速。
用磁场控制轨道、用电场进行加速
问题1：粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动周期会增加吗?
问题2：在回旋加速器中，如果两个D型盒不是分别接在高频交流电源的两极上，而是接在直流的两极上，那么带电粒子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。
?
问题3：要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个
电压。
交变
交变电压的周期TE
=
粒子在磁场中运动的周期TB
根据下图，说一说为使带电粒子不断得到加速，提供的电压应符合怎样的要求？
问题4：回旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些因素决定?
观点1：认为电场是用来加速的，磁场是用来回旋的，最终的能量应与磁场无关。应与电场有关，加速电压越高，粒子最终能量越高。对吗？
观点2：
运动半径最大Rm=mVm/qB,得
Vm=qBRm/m
半径最大时，速度也应最大。
带电粒子的运动最大半径等于D形盒的半径时，粒子的速度达到最大。对吗？
问题5：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，
求：从出口射出时，粒子的速度v=?
D
V=？
U
B
解：
当粒子从D形盒出口飞出时，
粒子的运动半径=D形盒的半径
问题6：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U，
求:(1)从出口射出时，粒子的动能Ek=?
(2)要增大粒子的最大动能可采取哪些措施?
D
V=？
U
B
问题7：
R越大，EK越大，是不是只要R不断增大，
EK
就可以无限制增大呢?
实际并非如此．例如：用这种经典的回旋加速器来加速粒子，最高能量只能达到20MeV．这是因为当粒子的速率大到接近光速时，按照相对论原理，粒子的质量将随速率增大而明显地增加，从而使粒子的回旋周期也随之变化，这就破坏了加速器的同步条件．
2、交变电场的周期和粒子的运动周期T相同----保证粒子每次经过交变电场时都被加速
1、
粒子在匀强磁场中的运动周期不变
二、回旋加速器
小结
3、粒子加速的最大速度由盒的半径决定
为了获得更高能量的带电粒子，人们又继续寻找新的途径．例如，设法使交变电源的变化周期始终与粒子的回旋周期保持一致，于是就出现了同步回旋加速器．除此之外，人们还设计制造出多种其它的新型加速器．目前世界上最大的加速器已能使质子达到10000亿eV(106MeV)以上的能量．
美国费米实验室加速器
例1：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是(
)
A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用
B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的
C、只有电场能对带电粒子起加速作用
D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动
CD
例2：质量为m、带电量为q的带电粒子在回旋加速器中央狭缝的正中间由静止释放，在电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动，设电场的加速电压为U，则粒子第一次做匀速圆周运动的轨道半径R0=
，粒子在磁场中的周期T=
。
交变电压的周期T=?
例3：一回旋加速器，可把质子加速到v，使它获得动能EK
（1）能把α粒子加速到的速度为?
（2）能把α粒子加速到的动能为?
（3）加速α粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为?
本课小结：
二、应用：
1、质谱仪：研究同位素（测荷质比）的
装置
由加速电场、偏转磁场等组成
2、回旋加速器：使带电粒子获得高能量
的装置
由D形盒、高频交变电场等组成
谢谢观赏！！！