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（2019）選擇性必修第二冊(cè)

人教版高中物理必修三質(zhì)譜儀與回旋加速器1.401速度選擇器速度選擇器

在如圖所示的平行板間，電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互垂直，具有不同水平速度的帶電粒子射入后，發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同?！?BEv=E/BF電f洛F電f洛當(dāng)F電=f洛時(shí)，Eq=Bqv即：v=E/B粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)不計(jì)重力速度選擇器—+BEv=E/BF電f洛v<E/BF電f洛

在如圖所示的平行板間，電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互垂直，具有不同水平速度的帶電粒子射入后，發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同。F電f洛當(dāng)F電>f洛時(shí)，Eq>Bqv即：v<E/B粒子向上偏轉(zhuǎn)，打在上極板。不計(jì)重力速度選擇器—+BEv=E/Bv>E/BF電f洛F電f洛v<E/BF電f洛

在如圖所示的平行板間，電場(chǎng)和磁場(chǎng)相互垂直，具有不同水平速度的帶電粒子射入后，發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同。F電f洛當(dāng)F電<f洛時(shí)，Eq<Bqv即：v>E/B粒子向下偏轉(zhuǎn)，打在下極板。不計(jì)重力F電f洛不計(jì)重力當(dāng)F電=f洛時(shí)，Eq=Bqv即：v=E/B粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)能通過(guò)思考：其他條件不變，把粒子改為負(fù)電荷，能通過(guò)嗎？BE速度選擇器速度選擇器1、定義：正交的勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)的區(qū)域，帶電粒子能沿直線勻速通過(guò)，這個(gè)區(qū)域叫做速度選擇器。2、條件：帶電粒子所受的洛倫茲力和電場(chǎng)力平衡。即qvB=qE，其選擇出的速度v=E/B3、正負(fù)電荷都能以速度v=E/B從左向右沿直線勻速通過(guò)速度選擇器4、速度選擇器不僅選擇速度的大小而且選擇速度的方向。但是速度選擇器與粒子電性和電荷量以及質(zhì)量無(wú)關(guān)。注：速度選擇器只選擇速度的大小和方向，而不選擇粒子的質(zhì)量、電量和電性?！痢痢痢痢痢痢痢羦

速度選擇器………………………………………特點(diǎn)1：帶電粒子只有具有速度為_(kāi)_________時(shí)，粒子才能沿著圖示虛線路徑通過(guò)這個(gè)速度選擇器；作用：只能選擇速度的__________，不能選擇粒子的___________________特點(diǎn)2：注意二板間電場(chǎng)E、磁場(chǎng)B方向、大小的制約關(guān)系，以保證粒子受到的電場(chǎng)力和洛倫茲力______________特點(diǎn)3：粒子速度v>E/B時(shí)粒子將向_________方向偏，當(dāng)粒子速度V<E/B時(shí)粒子將向__________方向偏而在二板間作非直線運(yùn)動(dòng)等大、反向洛倫茲力電場(chǎng)力大小和方向質(zhì)量、電量、正負(fù)

速度選擇器例1.如圖，在兩水平極板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)，電場(chǎng)方向豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里。一帶電粒子以某一速度沿水平直線通過(guò)兩極板。若不計(jì)重力，下列四個(gè)物理量中哪一個(gè)改變時(shí)，粒子運(yùn)動(dòng)軌跡不會(huì)改變（）。A:粒子速度的大小B:粒子所帶的電荷量C:電場(chǎng)強(qiáng)度D:磁感應(yīng)強(qiáng)度B小試牛刀小試牛刀

例2.如圖所示的正交電場(chǎng)和磁場(chǎng)中，有一粒子沿垂直于電場(chǎng)和磁場(chǎng)的方向飛入其中，并沿直線運(yùn)動(dòng)(不考慮重力作用)，則此粒子（）A．一定帶正電B．一定帶負(fù)電C．一定不帶電D．可能帶正電或負(fù)電，也可能不帶電D02磁流體發(fā)電機(jī)磁流體發(fā)電機(jī)

磁流體發(fā)電是一項(xiàng)新興技術(shù)，它可以把物體的內(nèi)能直接轉(zhuǎn)化為電能，右圖是它的示意圖，平行金屬板A、B之間有一個(gè)很強(qiáng)的磁場(chǎng)，將一束等粒子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負(fù)帶電粒子）噴入磁場(chǎng)，AB兩板間便產(chǎn)生電壓。如果把AB和用電器連接，AB就是一個(gè)直流電源的兩個(gè)電極。磁流體發(fā)電機(jī)思考1：正、負(fù)離子飛別向哪個(gè)極板偏轉(zhuǎn)？正離子向B極板偏轉(zhuǎn)負(fù)離子向A極板偏轉(zhuǎn)

勻速直線運(yùn)動(dòng)思考2：粒子最終做什么運(yùn)動(dòng)？qE場(chǎng)強(qiáng)=BqvE電動(dòng)勢(shì)=E場(chǎng)強(qiáng)d

勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)E場(chǎng)強(qiáng)=Bv=Bvd磁流體發(fā)電機(jī)dB正電荷負(fù)電荷磁流體發(fā)電機(jī)NSNS（1）圖中A、B板哪一個(gè)是發(fā)電機(jī)的正極。（2）若A、B兩板相距為d，板間的磁場(chǎng)按勻強(qiáng)磁場(chǎng)處理，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，等離子體以速度v沿垂直于B的方向射入磁場(chǎng)，該發(fā)電機(jī)的電動(dòng)勢(shì)是多大？（3）電源的非靜電力是什么？（4）什么能轉(zhuǎn)化成了電能？電源的非靜電力是洛侖茲力，其使等離子體中的正、負(fù)離子不斷向二板聚積并將等離子氣體的內(nèi)能轉(zhuǎn)化成電源的電勢(shì)能-++當(dāng)洛倫茲力與電場(chǎng)力平衡即qvB=qE時(shí)二板間形成穩(wěn)定的電壓即電動(dòng)勢(shì)恒定故qvB=qU/d時(shí)得電動(dòng)勢(shì)E=U＝Bdv電源的非靜電力是磁場(chǎng)對(duì)正負(fù)粒子的洛侖茲力小試牛刀例3.如圖所示是等離子體發(fā)電機(jī)的示意圖，平行金屬板間的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.5T，兩板間距離為20㎝，要使AB端的輸出電壓為220V，則等離子垂直射入磁場(chǎng)的速度為多少？代入數(shù)據(jù)得v=2200m/s小試牛刀03質(zhì)譜儀1、質(zhì)譜儀：

利用磁場(chǎng)對(duì)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。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(chǎng)：使帶電粒子獲得速度③偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)：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)位置及半徑質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀3．原理：（1）帶電粒子通過(guò)加速電場(chǎng)的

速度為：＿＿＿＿；（2）帶電粒子通過(guò)速度選擇器的速度為：＿＿＿＿；（3）在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑：＿＿＿＿＿；（4）帶電粒子的荷質(zhì)比＿＿＿＿＿＿。質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具

CD小試牛刀

質(zhì)譜儀04回旋加速器回旋加速器的結(jié)構(gòu)①兩個(gè)大磁極：在帶電粒子運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)產(chǎn)生很強(qiáng)的勻強(qiáng)

磁場(chǎng)，使帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。②兩個(gè)D形盒：D形盒內(nèi)部有磁場(chǎng)沒(méi)有電場(chǎng)。使帶電粒

子的圓周運(yùn)動(dòng)不受電場(chǎng)影響。③D形盒間的窄縫：使帶電粒子在這一區(qū)間被電場(chǎng)加速。④交變電場(chǎng)：交變電場(chǎng)的周期等于粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

的周期。使帶電粒子在D形盒間的窄縫被加速?；匦铀倨鹘痈哳l電源狹縫原理圖粒子源

[模型建構(gòu)]回旋加速器回旋加速器

討論：為了保證帶電粒子每次到達(dá)D形盒縫隙間都能被加速，那D形盒縫隙的電場(chǎng)方向應(yīng)該是恒定的還是變化的呢？

由于粒子在D型盒內(nèi)每回旋半圈，進(jìn)入盒縫間就需要加速一次，因此類似于多級(jí)直線加速器一樣，電場(chǎng)方向應(yīng)該是變化的，所以我們需要在D形盒縫隙間接上交流電源，以便產(chǎn)生方向變化的電場(chǎng)。２．粒子的回轉(zhuǎn)周期會(huì)變化嗎？１．粒子圓周運(yùn)動(dòng)的半徑和速度的關(guān)系:z.x.x.k周期不變

回旋加速器中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的半徑為Ｒ，用該回旋加速器加速質(zhì)量為m、電量為q的粒子，設(shè)粒子加速前的初速度為零。求：回旋加速器①帶電粒子在D形盒中運(yùn)行的周期：（1）回旋加速條件②每過(guò)電場(chǎng)方向要改變一次，以保證帶電粒子始終被加速。③電場(chǎng)的變化周期要等于粒子的運(yùn)動(dòng)周期：工作原理：回旋加速器（2）粒子最大動(dòng)能：（離開(kāi)半徑與D形盒半徑相同）

對(duì)某種粒子q、m一定，粒子獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和回旋加速器的半徑R決定，與加速度電壓的大小無(wú)關(guān)?；匦铀倨髡n堂練習(xí)02例題5.一個(gè)用于加速質(zhì)子的回旋加速器，其核心部分如圖所示，D形盒半徑為R，垂直D形盒底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感