1.4質(zhì)譜儀與回旋加速器課件高二下學(xué)期物理人教版選擇性

第一章安培力與洛倫茲力

人教版（2019）選修第二冊1.4

質(zhì)譜儀與回旋加速器1.了解質(zhì)譜儀和回旋加速器的結(jié)構(gòu)及工作原理；2.經(jīng)歷質(zhì)譜儀工作原理的推理過程，體會邏輯推理的思維方法；

了解回旋加速器面臨的技術(shù)難題，體會科學(xué)與技術(shù)之間的相互影響。學(xué)習(xí)目標(biāo)新課引入

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？導(dǎo)入新課1.結(jié)構(gòu)：一、質(zhì)譜儀粒子容器A、加速電場、偏轉(zhuǎn)磁場、照相底片⑴電場加速2.原理⑵磁場偏轉(zhuǎn)結(jié)論

一束帶電粒子經(jīng)過加速電場后，再垂直射入磁場，如果粒子的電荷量相同而質(zhì)量不同，則粒子做勻速圓周運動的半徑就不同，因而打在照相底片的不同地方。3.應(yīng)用

測質(zhì)量

測定比荷若已知粒子的帶電量q，就可求出粒子的質(zhì)量m。公式變形：粒子的比荷練習(xí)

質(zhì)譜儀原理如圖，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應(yīng)強度為B1，板間距離為d；c為偏轉(zhuǎn)分離器，磁感應(yīng)強度為B2。今有一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的正電子（不計重力），經(jīng)加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進入分離器后做勻速圓周運動。求：

⑴粒子射出加速器時的速度v為多少？

⑵速度選擇器的電壓U2為多少？

⑶粒子在B2磁場中做勻速圓周運動的半徑為多大？+q科學(xué)研究中，怎樣獲得需要的高能粒子呢？方案1：⊿Ek=qU技術(shù)上的困難：不能產(chǎn)生過高的電壓思考：如何解決加速設(shè)備很長這一難題？方案2：多級直線加速器技術(shù)上的困難：加速設(shè)備很長二、回旋加速器核心部件：兩個D形盒和其間的窄縫1.結(jié)構(gòu)：2.功能:

粒子源、兩個D形盒、勻強磁場、高頻電源獲得高能粒子3.原理電場：對帶電粒子的加速作用對運動電荷的偏轉(zhuǎn)作用依據(jù)：T電壓=T粒子課本P18《思考與討論》提出:電源的變化周期是否越來越短？《思考與討論》磁場：高頻電源：接高頻電源狹縫粒子源

動畫模擬4.局限性

D形盒半徑不能無限制增大

受相對論效應(yīng)的制約例題（課本P19T4）回旋加速器兩個D形金屬盒分別和一高頻交流電源兩極相接，兩盒放在磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，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R，求：⑴粒子在盒內(nèi)做何種運動；⑵所加交流電源的頻率；⑶粒子加速后獲得的最大動能。⑴勻速圓周運動；⑵⑶由得當(dāng)r為最大值R時，粒子速度最大，則其最大動能為解析:

問題:

要提高加速粒子的最終能量，應(yīng)采取什么措施？結(jié)論:帶電粒子經(jīng)回旋加速器加速后的最終能量與加速電壓無關(guān)，只與磁感應(yīng)強度B和D形盒半徑R有關(guān)。

解析:質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，在電勢差為U的電場中從靜止開始加速運動，加速n次后的速度為vn，在磁感應(yīng)強度為B的磁場中做半徑為rn的勻速圓周運動，則有

猜想：由⊿Ek=qU可知，每次加速，速度增加，軌道半徑隨之增加，但若加速電壓較小，則軌道半徑每次增加的慢，由于最終能量一定，很可能加速次數(shù)會增多。

試分析這一猜想的正確性。結(jié)論:在加速電壓和磁感應(yīng)強度不變時，軌道半徑的大小決定了加速的次數(shù)；

對于確定的D形盒，加速次數(shù)與加速電壓成反比。

針對練我國建造的第一臺回旋加速器工作原理如圖所示，回旋加速器的兩個D形金屬盒分別和一高頻交流電源兩極相接，電壓大小為U，忽略粒子在電場中的運動時間。下列說法正確的是

（）

A.電荷量為q的粒子每次經(jīng)過D形盒之間的縫隙后，動能均增加qU

B.由于粒子速度被逐漸加大，極板所加交流電的周期要相應(yīng)減小

C.粒子從加速器出來的最大速度與D形盒的半徑大小及磁場的磁感應(yīng)強度有關(guān)