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质谱仪与回旋加速器

【教学目标】

1．知道质谱仪的构造，会应用带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律分析相关

问题。

2．知道回旋加速器的构造和加速原理，理解粒子的回旋周期与加速电场的变化周

期的关系。

【教学重点】

知道质谱仪的构造，会应用带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律分析相关问题。

【教学难点】

知道回旋加速器的构造和加速原理，理解粒子的回旋周期与加速电场的变化周期的

关系。

【教学过程】

一、复习导入

1．实例：

如图所示为一具有圆形边界、半径为r的匀强磁场，

磁感应强度大小为B，一个初速度大小为v0的带电粒子

（质量为m，电荷量为q）沿该磁场的直径方向从P点射

入，在洛伦兹力的作用下从Q点离开磁场。

（1）可以证明，该粒子离开磁场时速度方向的反向延

长线必过圆心。

（2）设粒子离开磁场时的速度方向与进入磁场时相

比偏转了θ角，则由图中几何关系可以看出tan＝r/R＝

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可见，对于一定的带电粒子（m，q一定），可以通过调节B和的大小来控制粒子

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的偏转角度θ。

2．特点：

利用磁场控制带电粒子的运动，只能改变粒子的运动方向而不能改变粒子的速度大

小。

二、新课教学

（一）质谱仪

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1．质谱仪的结构原理

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质谱仪主要用于分析同位素、测定其质量、荷质比和含量比，如图所示为一种常用

的质谱仪。

（1）离子发生器：发射出电量q、质量m的粒子，粒子从A中小孔S飘出时速度

大小不计；

（2）静电加速器C：静电加速器两极板M和N的中心分别开有小孔S、S，粒子

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从S进入后，经电压为U的电场加速后，从S孔以速度v飞出；

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（3）速度选择器D：由正交的匀强电场E0和匀强磁场B0构成，调整E0和B0的大

小可以选择度为v＝E/B的粒子通过速度选择器，从S孔射出；

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（4）偏转磁场B：粒子从速度选择器小孔S射出后，从偏转磁场边界挡板上的小

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孔S进入，做半径为r的匀速圆周运动；

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（5）感光片F：粒子在偏转磁场中做半圆运动后，打在感光胶片的P点被记录，

可以测得PS间的距离L。装置中S、S、S、S、S五个小孔在同一条直线上。

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2．问题讨论：

设粒子的质量为m、带电量为q（重力不计），

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粒子经电场加速由动能定理有：=①；

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