質(zhì)譜儀與回旋加速器課件高中物理人教版選擇性必修第二冊

1.4質(zhì)譜儀與回旋加速器在科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)中，常需要將一束帶等量電荷的粒子分開，以便知道其中所含物質(zhì)的成分。利用所學(xué)的知識，你能設(shè)計一個方案，以便分開電荷量相同、質(zhì)量不同的帶電粒子嗎?U0Bm,q設(shè)計實驗方案：如何分離不同比荷的帶電粒子？一束帶電粒子經(jīng)電場加速后，在磁場中偏轉(zhuǎn)。（1）帶電粒子從靜止開始經(jīng)電場加速，求出電場時的速度。

（2）帶電粒子偏轉(zhuǎn)磁場中做什么運(yùn)動？軌道半徑為多大？（3）

你會求粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中的偏轉(zhuǎn)距離嗎？（4）

你能得出得粒子的質(zhì)量和比荷表達(dá)式嗎？弗朗西斯?阿斯頓一、質(zhì)譜儀一、質(zhì)譜儀1.質(zhì)譜儀：利用磁場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，由帶電粒子的電荷量、軌道半徑確定其質(zhì)量的儀器。是科學(xué)研究中用來分析同位素和測量帶電粒子質(zhì)量的重要工具。2.結(jié)構(gòu)及作用：①電離室：使中性氣體電離，產(chǎn)生帶電粒子②加速電場：使帶電粒子獲得速度③偏轉(zhuǎn)磁場：使不同帶電粒子偏轉(zhuǎn)分離④照相底片：記錄不同粒子偏轉(zhuǎn)位置及半徑電離室加速電場偏轉(zhuǎn)磁場照相底片3.原理：4.作用：①可測粒子的質(zhì)量及比荷②與已知粒子半徑對比可發(fā)現(xiàn)未知的元素和同位素由于粒子的荷質(zhì)比不同，則做圓周運(yùn)動的半徑也不同，因此打到不同的位置。由粒子質(zhì)量公式可知，如果帶電粒子的電荷量相同，質(zhì)量有微小差別，就會打在照相底片上的不同位置，出現(xiàn)一系列的譜線，不同質(zhì)量對應(yīng)著不同的譜線，叫作質(zhì)譜線。一、質(zhì)譜儀在偏轉(zhuǎn)電場中，帶電粒子的偏轉(zhuǎn)距離為x

=2

r比荷:質(zhì)量:由：得：得：由：經(jīng)電場加速得：例1（指向目標(biāo)1、2）如圖所示，一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強(qiáng)磁場（磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1）和勻強(qiáng)電場（電場強(qiáng)度為E）組成的速度選擇器，然后通過狹縫P進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場（磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2），最終打在A1A2上，粒子重力不計。下列表述正確的是（

）A.粒子帶負(fù)電B.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BC.粒子打在A1A2的位置越靠近P，粒子的比荷q/m越大D.所有打在A1A2上的粒子，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B’的磁場中的運(yùn)動時間都相同直線加速器要認(rèn)識原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開”進(jìn)行“觀察”。然而，原子核被強(qiáng)大的核力約束，只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊，才能把它“打開”。那如何才能獲得需要的高能粒子呢？科學(xué)探究產(chǎn)生這些高能“炮彈”的“工廠”就是各種各樣的粒子加速器直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內(nèi)制造直線加速器受到一定的限制。能不能設(shè)計一種能實現(xiàn)多次加速，又減少占地空間的加速器呢？二、回旋加速器1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，實現(xiàn)了在較小的空間范圍內(nèi)對帶電粒子進(jìn)行多級加速。勞倫斯第一臺回旋加速器概念：利用電場對電荷的加速作用和磁場對運(yùn)動電荷的偏轉(zhuǎn)作用，在較小的范圍內(nèi)來獲得高能粒子的裝置。2.結(jié)構(gòu)：回旋加速器的核心部件是:（1）兩個D形盒(半圓金屬盒）（2）A粒子源

（3）交流電源

（4）偏轉(zhuǎn)磁場二、回旋加速器原理圖二、回旋加速器U3.工作原理：（1）磁場的作用是什么？粒子在磁場中運(yùn)動特點？寫出粒子進(jìn)入磁場后向心力表達(dá)式？半徑？周期？

（2）電場的作用是什么？

（3）再次進(jìn)入電場，怎么保證能做加速運(yùn)動？

（4）帶電粒子飛出回旋加速器加速時，獲得的動能由哪些因素決定？接高頻電源狹縫原理圖粒子源

【例2】(指向目標(biāo)1、2)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形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場，使粒子每次穿過狹縫都得到加速，兩盒放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)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帶電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rm，其運(yùn)動軌跡如圖所示。問：

(1)D