1.4+质谱仪与回旋加速器+课件+-2024-2025学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册.pptxVIP

第一章安培力与洛伦兹力第4节质谱仪与回旋加速器

1.掌握质谱仪的工作原理及其应用.2.掌握回旋加速器的工作原理及其应用.

在科学研究和工业生产中，常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其中所含物质的成分。利用所学的知识，你能设计一个方案，以便分开电荷量相同、质量不同的带电粒子吗？

电场能否实现？U0m，q（1）先加速（2）再偏转?由轨迹方程可知，带电粒子的轨迹与粒子的比荷无关，显然这种方法不可以，既然电场分不开那么磁场呢？????水平：竖直：

UBm，q（1）电场先加速（2）磁场偏转????

1.质谱仪：是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具。2.结构及作用：①电离室：使中性气体电离，产生带电粒子②加速电场：使带电粒子获得速度③偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离④照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径电离室加速电场偏转磁场照相底片01质谱仪

3.质谱仪的结构及工作原理同位素的电荷量相同，但质量有微小差别。由关系式可知，m不同，x就会不同，即在照相底片上会打到不同的位置，出现一系列不同的谱线。由此可以用该仪器对某种元素进行测量。电场加速：磁场偏转：???x=2r??

在粒子物理学的研究中，经常需要用高能量的粒子作为“炮弹”去轰击未知原子，以便“打开”其内部结构。那如何才能获得需要的高能粒子呢？

?直线加速器

斯坦福大学加速器北京正负电子对撞机

2.能不能设计一种能实现多次加速，又减少占地空间的加速器呢？构造过于庞大，占地大造价过高1.你能发现直线加速器的缺点吗？可利用磁场使得质子流回到电场中，在电场中实现多次加速的目的。回旋加速器

1.回旋加速器的构造①粒子源；②两个中空D形盒；③匀强磁场；④交流电源；⑤粒子引出装置.2.回旋加速器的工作原理利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子.02回旋加速器

（1）磁场的作用带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期与速率、半径均无关（），带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速。（2）电场的作用回旋加速器两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。

（3）交变电场的作用及变化周期为保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，需在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同（）的交变电压。（4）带电粒子的轨迹特点粒子每经过一次加速，其轨道半径就大一些，但粒子在匀强磁场中做圆周运动的周期不变。（5）因为两个D形盒之间的窄缝很小，所以带电粒子在电场中的加速时间可以忽略不计。

3.带电粒子的最终能量当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由半径公式得若D形盒半径为R，则带电粒子的最终动能可见，带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关，只与磁感应强度B和D形盒半径R有关。

这个过程看似可以一直进行下去，但实际上由于相对论的效应，粒子的质量会随着速度增，圆周运动的周期也增加，这样电场于运动不在同步，也就没办法加速了。

1.质谱仪是一种测量带电粒子质量和分析同位素的重要设备，它的构造原理如图所示.离子源S产生的各种不同正离子束(速度可视为零)，经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点.设P到S1的距离为x，则（）A.只要x相同，对应的离子质量一定相同B.只要x相同，对应的离子电荷量一定相同C.若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越大D.若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越小C

2.(多选)如图是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。现分别加速氘核(H)和氦核(He)。下列说法中正确的是()A．它们的最大速度相同B．它们的最大动能相同C．它们在D形盒中运动的周期相同D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能AC

3.同一种带电粒子以不同的速度垂直磁场便捷、垂直磁感线射入匀强磁场中，其运动轨迹如图所示，则可知：（1）带电粒子进入磁场的速度值有几个？（2）这些速度的大小关系为？（3）三束粒子从O点出发分别到达1、2、3点所用时间的大小关系是？3v1v2v3t1=t2=t3

4.如图所示为质谱仪的示意图，速度选择器部分的匀强电场的电场强度为E＝1.2×105V/m，匀强磁场的磁感应强度为B1＝0.6T；偏转分离器的磁感应强度为B2＝0.8T.求：(已知质子质量为1.67×10－27kg，元电荷e＝1.60×10－19C)(1)能通过速度选择器