質(zhì)譜儀與回旋加速器+教案 高二下學(xué)期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊(cè)

課題1.1磁場(chǎng)對(duì)通電導(dǎo)線的作用力教學(xué)目標(biāo)1.了解質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理。2.經(jīng)歷質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理推導(dǎo)過(guò)程，體會(huì)邏輯推理邏輯思維。重點(diǎn)初步掌握電荷在電場(chǎng)、磁場(chǎng)和重力場(chǎng)的復(fù)合場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的方法。難點(diǎn)經(jīng)歷質(zhì)譜儀和回旋加速器的工作原理推導(dǎo)過(guò)程。教學(xué)過(guò)程一、新課引入師：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(kāi)，以便知道其中所含物質(zhì)的成分。利用所學(xué)的知識(shí)，你能設(shè)計(jì)一個(gè)方案，以便分開(kāi)電荷量相同、質(zhì)量不同的帶電粒子嗎？生：可以用電場(chǎng)和磁場(chǎng)。師：電場(chǎng)和磁場(chǎng)分別可以對(duì)電荷產(chǎn)生什么作用？生：電場(chǎng)可以加速，磁場(chǎng)可以偏轉(zhuǎn)。師：根據(jù)r

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二、新課教學(xué)師：質(zhì)譜儀是科學(xué)研究中用來(lái)分析同位素和測(cè)量帶電粒子質(zhì)量的重要工具。教學(xué)過(guò)程師：電離室的作用是使中性氣體電離，產(chǎn)生帶電粒子；加速電場(chǎng)可以使粒子加速，速度選擇器可以篩選一定速度的粒子，在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)距離為2r，所以聯(lián)立方程可以得到qm=8例1.(多選)如圖所示是質(zhì)譜議的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E。平板S上有可讓粒子通過(guò)的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。平板S下方有強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。下列表述正確的是(ABC)A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外C.能通過(guò)狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BD.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的荷質(zhì)比越小例2.質(zhì)譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場(chǎng)與電場(chǎng)正交，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。今有一質(zhì)量為m、電荷量為+e的正電子(不計(jì)重力)，經(jīng)加速后，該粒子恰能通過(guò)速度選擇器，粒子進(jìn)入分離器后做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng)。求：（1）粒子射出加速器時(shí)的速度v為多少？教學(xué)過(guò)程（2）速度選擇器的電壓U2為多少？（3）粒子在B2磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑R為多大？師：要認(rèn)識(shí)原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開(kāi)”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(kāi)”。產(chǎn)生這些高能“炮彈”的“工廠”就是各種各樣的粒子加速器。如圖所示的多級(jí)加速器中，各加速區(qū)的兩板之間用獨(dú)立電源供電，所以粒子從P2飛向P3、從P4飛向P5……時(shí)不會(huì)減速。由于粒子在加速過(guò)程中的徑跡為直線，要得到較高動(dòng)能的粒子，其加速裝置要很長(zhǎng)很長(zhǎng)。師：1932年美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，實(shí)現(xiàn)了在較小的空間范圍內(nèi)對(duì)帶電粒子進(jìn)行多級(jí)加速。他利用電場(chǎng)對(duì)電荷進(jìn)行加速，磁場(chǎng)對(duì)電荷偏轉(zhuǎn)，這樣就大大減小了占用空間。問(wèn)：磁場(chǎng)的作用？生：粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。問(wèn)：電場(chǎng)的作用？生：兩個(gè)D形盒之間的狹縫區(qū)域存在周期性變化的并垂直于兩D形盒正對(duì)截面的勻強(qiáng)電場(chǎng)，帶電粒子被加速。問(wèn)：交變電場(chǎng)的作用及變化周期？教學(xué)過(guò)程生：為保證帶電粒子每次經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)都被加速，則在狹縫兩側(cè)加的交變電壓與帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)周期相同。問(wèn)：帶電粒子的軌跡特點(diǎn)？生：根據(jù)r=mvqB，粒子每加速一次，其軌道半徑就大一些；但根據(jù)T

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師：由于兩個(gè)D形盒之間的窄縫很小很小，故帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間可以忽略不計(jì)。問(wèn)：帶電粒子被加速后最終的能量是多少呢？（設(shè)D形盒半徑為R）生：計(jì)算得出Ekm=q2B2R22m例1.如圖是醫(yī)用回旋加速器示意圖，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，并分別與高頻電源相連?，F(xiàn)分別加速氘核(12H)和氦核(24He)A．它們的最大速度相同B．它們的最大動(dòng)能相同C．兩次所接高頻