物理人教版高中選擇性必修二（2019年新編）1-4質(zhì)譜儀與回旋加速器 課件

第4節(jié)質(zhì)譜儀與回旋加速器第一章安培力與洛倫茲力知識(shí)點(diǎn)質(zhì)譜儀用來分析各種元素的同位素并測(cè)量其質(zhì)量及含量百分比的儀器。質(zhì)譜儀的構(gòu)造及原理1.如圖所示，主要由以下幾部分組成：①帶電粒子注射器②加速電場(chǎng)(U)③速度選擇器(B1、E)④偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)(B2)⑤照相底片1新知探究知識(shí)點(diǎn)質(zhì)譜儀1新知探究qUqvB知識(shí)點(diǎn)回旋加速器構(gòu)造圖2新知探究知識(shí)點(diǎn)回旋加速器工作原理(1)電場(chǎng)的特點(diǎn)及作用特點(diǎn)：兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的電場(chǎng)。作用：帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時(shí)被加速。(2)磁場(chǎng)的特點(diǎn)及作用特點(diǎn)：D形盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。作用：帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從而改變運(yùn)動(dòng)方向，半個(gè)周期后再次進(jìn)入電場(chǎng)。2新知探究名師指點(diǎn)回旋加速器名師指點(diǎn)回旋加速器知識(shí)點(diǎn)回旋加速器2新知探究知識(shí)點(diǎn)回旋加速器2新知探究知識(shí)點(diǎn)回旋加速器2新知探究例：回旋加速器是加速帶電子粒子的裝置，其核心部分是兩個(gè)中空的半圓D形金屬盒，兩盒間的狹縫中加有周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩個(gè)D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能，則下列說法中正確的是（）知識(shí)點(diǎn)回旋加速器2新知探究知識(shí)點(diǎn)回旋加速器2新知探究知識(shí)點(diǎn)回旋加速器2新知探究A．在Ek～t圖像中應(yīng)有t4－t3<t3－t2<t2－t1 B．加速電壓越大，粒子最后獲得的動(dòng)能就越大C．粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動(dòng)能一定越大 D．要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加D形盒的面積易錯(cuò)分析：錯(cuò)解1：誤認(rèn)為隨著粒子的速率越來越大，粒子回旋的周期越來越小，錯(cuò)選A；錯(cuò)解2：誤認(rèn)為粒子獲得的最大動(dòng)能與加速電壓有關(guān)，錯(cuò)選B；錯(cuò)解3：誤認(rèn)為粒子加速次數(shù)越多，粒子獲得的動(dòng)能越大，錯(cuò)選C。知識(shí)點(diǎn)回旋加速器2新知探究1．質(zhì)譜儀是分離和檢測(cè)不同同位素的儀器。如圖所示為某質(zhì)譜儀的工作原理圖，現(xiàn)利用這種質(zhì)譜儀對(duì)某元素進(jìn)行測(cè)量，該元素的粒子從粒子源O無初速飄入加速電場(chǎng)，加速后由A點(diǎn)垂直進(jìn)入垂直紙面向外的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后到達(dá)B點(diǎn)出口，測(cè)得A點(diǎn)到B點(diǎn)的距離為L(zhǎng)，不計(jì)粒子重力，則（）課堂訓(xùn)練A．粒子一定帶正電；L越大，粒子的質(zhì)量與電荷量之比一定越大B．粒子一定帶正電；L越大，粒子的質(zhì)量與電荷量之比一定越小C．粒子一定帶負(fù)電；L越大，粒子的質(zhì)量與電荷量之比一定越大D．粒子一定帶負(fù)電；L越大，粒子的質(zhì)量與電荷量之比一定越小課堂訓(xùn)練【答案】A【詳解】CD．根據(jù)左手定則，可知粒子帶正電，故CD錯(cuò)誤；AB．根據(jù)帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)得運(yùn)動(dòng)的半徑可知又解得則L越大，粒子的質(zhì)量與電荷量之比越大，A正確，B錯(cuò)誤。故選A。課堂訓(xùn)練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(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示。現(xiàn)要增大帶電粒子從回旋加速器射出時(shí)的動(dòng)能，下列方法可行的是（）A．減小磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度 B．減小狹縫間的距離C．增大高頻交流電壓 D．增大金屬盒的半徑課堂訓(xùn)練【答案】D【詳解】根據(jù)洛倫茲力提供向心力解得粒子出D形金屬盒時(shí)的速度則粒子出D形金屬金時(shí)的動(dòng)能可知?jiǎng)幽芘c高頻交流電壓、狹縫間的距離無關(guān)；減小磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度，可以減小動(dòng)能；增大D形金屬盒的半徑，可以增大動(dòng)能。故選D。課堂訓(xùn)練3．某回旋加速器的示意圖如圖所示，兩個(gè)半徑均為R的D形盒置于磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并與高頻電源兩極相連，現(xiàn)對(duì)氚核（，質(zhì)量數(shù)為3，電荷數(shù)為1）加速，所需的高頻電源的頻率為f。已知元電荷為e。下列說法正確的是（）A．D形盒可以用玻璃制成B．氚核的質(zhì)量為C．高頻電源的電壓越大，氚核從P處射出時(shí)的速度越大D．若對(duì)氦核（）加速，則高頻電源的頻率應(yīng)調(diào)為課堂訓(xùn)練【答案】D【詳解】A．為使D形盒內(nèi)的帶電粒子不受外電場(chǎng)的影響，D形盒應(yīng)用金屬材料制成，以實(shí)現(xiàn)靜電屏蔽，A錯(cuò)誤；B．為使回旋加速器正常工作，高頻電源的頻率應(yīng)與帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的頻率相等，由氚核在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期得氚核的質(zhì)量B錯(cuò)誤；課堂訓(xùn)練C．由得可見氚核從P處射出時(shí)的最大速度與電源的電壓大小無關(guān)，C錯(cuò)誤；D．根據(jù)氦核在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期得又得D正確。故選D。課堂訓(xùn)練4．如圖所示為一種獲得高能粒子的裝置。環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外、大小可調(diào)節(jié)的均勻磁場(chǎng)，質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)。A、B為兩塊中心開有小孔的極板，原來電勢(shì)都為零，每當(dāng)粒子順時(shí)針飛經(jīng)A板時(shí)，A板電勢(shì)升高為U，B板電勢(shì)仍保持為零，粒子在兩板間電場(chǎng)中得到加速，每當(dāng)粒子離開B板時(shí)，A板電勢(shì)又降為零。粒子在電場(chǎng)的一次次加速下動(dòng)能不斷增大，而粒子繞行半徑不變。以下說法正確的是（）課堂訓(xùn)練A．粒子從A板小孔處由靜止開始在電場(chǎng)作用下加速，繞行n圈后回到A板時(shí)獲得的總動(dòng)能為nqUB．在粒子繞行的整個(gè)過程中，A板電勢(shì)可以始終保持為+UC．在粒子繞行的整個(gè)過程中，每一圈的周期不變D．為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度必須周期性遞增，則粒子繞行第n圈時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為課堂訓(xùn)練【答案】A【詳解】A．粒子在電場(chǎng)中做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，對(duì)全過程列出動(dòng)能定理可得，從靜止開始繞行n圈后回到A板時(shí)粒子獲得的總動(dòng)能為故A項(xiàng)正確；B．在粒子繞行的整個(gè)過程中，若A板電勢(shì)始終保持為，粒子再次到達(dá)A板附近時(shí)所受電場(chǎng)力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反，粒子被減速，就不能持續(xù)加速，B項(xiàng)錯(cuò)誤；課堂訓(xùn)練C．粒子始終做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由于粒子經(jīng)過電場(chǎng)后其