1.4质谱仪与回旋加速器—2020-2021学年【新教材】人教版（2019）高中物理选择性必修第二册课件14张PPT

质谱仪与回旋加速器
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第一章 安培力与洛伦兹力
人教物理选择性必修2
2.结构：如图所示
一 质谱仪
1.应用：测量带电粒子质量和分析同位素。
3.原理
加速电场U1：
速度选择器E,B：
偏转磁场B0：不同粒子偏转半径不同
m不同，r 就不同
加速器是对物理粒子进行加速，从而对其他粒子实现高速撞击后借以研究物质内部结构的设备.
因为直线加速的长度可能导致加速器长度太大无法建造，所以出现了回旋加速器，也就是把一个直的轨道弯曲起来。
1.应用：使带电粒子动能增加，从而获得高能粒子
2.结构：两个D形金属盒，如图所示
二 回旋加速器
1） E：使粒子加速
2） B：使粒子偏转，速率不变
3.原理
接高频电源
v0
v4
v1
v5
v3
v2
回旋加速器原理
粒子源
交变电场
磁场
电场
4） 粒子最大动能：离开半径与金属盒半径相同
粒子q、m及B一定，粒子获得的最大动能与回旋加速器的半径R有关，R越大，Ek越大。
3） 加速条件：
6） 粒子加速次数
7） 粒子运动的总时间t
电场：t1
磁场：
因为t2>>t1，所以认为t ≈ t2.
5）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，磁场中运动周期改变，与交变电场周期不同步.
改进：
课堂小结
一 质谱仪
二 回旋加速器
1）应用
2）结构：主要部分：速度选择器
3）原理：质量不同偏转半径不同
E：加速
B：偏转
1）应用
2）结构：D形金属盒，加电场和磁场
3）原理：
1.判断
(1)因不同原子核的质量不同，所以同位素在质谱仪中的轨迹半径不同。(　　)
(2)利用质谱仪可以用来测算粒子的比荷。(　　)
(3)相比于多级直线加速器，回旋加速器的优点是占用空间小。(　　)
(4)随着粒子速度的增加，回旋加速器两盒间电势差的正负改变应该越来越快，以便使粒子经过盒缝处刚好被加速。(　　)
√
√
√
×
　
2.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，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比值约为(　　)
D
A．11 B．12 C．121 D．144
2.回旋加速器的工作原理如图1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：
解:(1)粒子在磁场中的运动半径为R时， ，且 ，解得
(1)出射粒子的动能Em；
(2)设粒子被加速n次达到动能Em
则Em＝nqU0，解得
粒子在狭缝间的运动可等效成匀加速直线运动，设n次经过狭缝的总时间为Δt
根据匀变速直线运动的规律有
解得
由
解得
则加速度
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