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關(guān)于質(zhì)譜儀與回旋加速器第1頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第2頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,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3頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第4頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第5頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三核心要點(diǎn)突破一、質(zhì)譜儀工作原理的理解質(zhì)譜儀是利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)控制電荷運(yùn)動(dòng)的精密儀器,它是測(cè)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(guò)S1和S2之間的電場(chǎng)加速,它們進(jìn)入磁場(chǎng)將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng),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(duì)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6頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第7頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第8頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第9頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第10頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第11頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第12頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第13頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第14頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第15頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第16頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第17頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第18頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第19頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)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(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(guò)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3-5-7所示,要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能,則下列說(shuō)法中正確的是(
)圖3-5-7第20頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三A.增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓B.增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度C.減小狹縫間的距離D.增大D形金屬盒的半徑第21頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破,小試牛刀)3.(2011年杭州高二檢測(cè))一個(gè)帶電粒子以初速度v0垂直于電場(chǎng)方向向右射入勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域,穿出電場(chǎng)后接著又進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域.設(shè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域有明確的分界線,且分界線與電場(chǎng)強(qiáng)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22頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三解析:選AD。A、C選項(xiàng)中粒子在電場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn),所以粒子帶正電,再進(jìn)入磁場(chǎng)后,A圖中粒子應(yīng)逆時(shí)針轉(zhuǎn),正確.C圖中粒子應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn),錯(cuò)誤.同理可以判斷B錯(cuò),D對(duì).第23頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,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(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E=1.2×105V/m,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1=0.6T.偏轉(zhuǎn)分離器的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2=0.8T.求:(1)能通過(guò)速度選擇器的粒子速度有多大?(2)質(zhì)子和氘核進(jìn)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24頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三答案:(1)2×105m/s
(2)5.2×10-3m第25頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,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(lái)加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的儀器,其核心部分是兩個(gè)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(qiáng)電場(chǎng),使粒子每次穿過(guò)窄縫都得到加速,兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,磁場(chǎng)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(yùn)動(dòng)軌跡如圖3-5-13所示,問(wèn):第26頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三(1)盒中有無(wú)電場(chǎng)?(2)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)?(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(shí)速度是多大,最大動(dòng)能為多少?(5)設(shè)兩D形盒間電場(chǎng)的電勢(shì)差為U,求加速到上述能量所需的時(shí)間.(不計(jì)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間)圖3-5-13第27頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第28頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第29頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三第30頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三【規(guī)律總結(jié)】
求解此題應(yīng)注意以下兩點(diǎn):(1)交流電的周期與粒子做圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)知識(shí)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31頁(yè),講稿共35頁(yè),2023年5月2日,星期三變式訓(xùn)練3
(2011年吉林市高二檢測(cè))用回旋加速器來(lái)加速質(zhì)子,為了使質(zhì)子獲得的動(dòng)能增加為原來(lái)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(qiáng)度增大為原來(lái)的2倍B.將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來(lái)的4倍C.將D形盒的半徑增大為原來(lái)的2倍D.將
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