質(zhì)譜儀與回旋加速器

關(guān)于質(zhì)譜儀與回旋加速器第一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三一、質(zhì)譜儀和回旋加速器1．質(zhì)譜儀(1)原理圖：如圖3－5－2圖3－5－2第三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三核心要點突破一、質(zhì)譜儀工作原理的理解質(zhì)譜儀是利用電場和磁場控制電荷運動的精密儀器，它是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具．其結(jié)構(gòu)如圖3－5－2甲所示，容器A中含有電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的帶電粒子．經(jīng)過S1和S2之間的電場加速，它們進入磁場將沿著不同的半徑做圓周運動，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫做質(zhì)譜線．每一條譜線對應(yīng)于一定的質(zhì)量．從譜線的位置可以知道圓周的半徑，如果再已知帶電粒子的電荷量，就可以算出它的質(zhì)量，這種儀器叫做質(zhì)譜儀．第六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)2.回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖3－5－7所示，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說法中正確的是(

)圖3－5－7第二十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三A．增大勻強電場間的加速電壓B．增大磁場的磁感應(yīng)強度C．減小狹縫間的距離D．增大D形金屬盒的半徑第二十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三即時應(yīng)用(即時突破，小試牛刀)3．(2011年杭州高二檢測)一個帶電粒子以初速度v0垂直于電場方向向右射入勻強電場區(qū)域，穿出電場后接著又進入勻強磁場區(qū)域．設(shè)電場和磁場區(qū)域有明確的分界線，且分界線與電場強度方向平行，如圖3－5－8中的虛線表示．在圖所示的幾種情況中，可能出現(xiàn)的是(

)圖3－5－8第二十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三解析：選AD。A、C選項中粒子在電場中向下偏轉(zhuǎn)，所以粒子帶正電，再進入磁場后，A圖中粒子應(yīng)逆時針轉(zhuǎn)，正確．C圖中粒子應(yīng)順時針轉(zhuǎn)，錯誤．同理可以判斷B錯，D對．第二十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三變式訓(xùn)練1

如圖3－5－12為質(zhì)譜儀的示意圖．速度選擇部分的勻強電場場強E＝1.2×105V/m，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B1＝0.6T．偏轉(zhuǎn)分離器的磁感應(yīng)強度為B2＝0.8T．求：(1)能通過速度選擇器的粒子速度有多大？(2)質(zhì)子和氘核進入偏轉(zhuǎn)分離器后打在底片上的條紋之間的距離d為多少？圖3－5－12第二十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三答案：(1)2×105m/s

(2)5.2×10－3m第二十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三類型三回旋加速器的應(yīng)用例3

回旋加速器是用來加速帶電粒子使它獲得很大動能的儀器，其核心部分是兩個D形金屬盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相連，以便在盒間的窄縫中形成勻強電場，使粒子每次穿過窄縫都得到加速，兩盒放在勻強磁場中，磁場方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，其運動軌跡如圖3－5－13所示，問：第二十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三(1)盒中有無電場？(2)粒子在盒內(nèi)做何種運動？(3)所加交流電頻率應(yīng)是多大，粒子角速度為多大？(4)粒子離開加速器時速度是多大，最大動能為多少？(5)設(shè)兩D形盒間電場的電勢差為U，求加速到上述能量所需的時間．(不計粒子在電場中運動的時間)圖3－5－13第二十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第二十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第二十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三第三十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三【規(guī)律總結(jié)】

求解此題應(yīng)注意以下兩點：(1)交流電的周期與粒子做圓周運動的周期相同回旋加速器才能正常工作．(2)根據(jù)勻速圓周運動知識求出粒子最大速度的表達(dá)式，再據(jù)此判斷它與何物理量有關(guān)．第三十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期三變式訓(xùn)練3

(2011年吉林市高二檢測)用回旋加速器來加速質(zhì)子，為了使質(zhì)子獲得的動能增加為原來的4倍，原則上可以采用下列哪幾種方法(

)A．將其磁感應(yīng)強度增大為原來的2倍B．將其磁感應(yīng)強度增大為原來的4倍C．將D形盒的半徑增大為原來的2倍D．