物理也瘋狂人教版高中物理選擇性必修第二冊第一章

第4節(jié)質(zhì)譜儀與回旋加速器目錄contents01質(zhì)譜儀02回旋加速器情境導(dǎo)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(jì)一個方案，以便分開電荷量相同、質(zhì)量不同的帶電粒子嗎？質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀是科學(xué)研究中用來分析同位素和測量帶電粒子質(zhì)量的重要工具。質(zhì)譜儀1.質(zhì)譜儀：利用磁場對帶電粒子的偏轉(zhuǎn)，由帶電粒子的電荷量、軌道半徑確定其質(zhì)量的儀器。是科學(xué)研究中用來分析同位素和測量帶電粒子質(zhì)量的重要工具。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：使帶電粒子獲得速度③偏轉(zhuǎn)磁場：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)位置及半徑電離室加速電場偏轉(zhuǎn)磁場照相底片質(zhì)譜儀3.原理：4.作用：①可測粒子的質(zhì)量及比荷②與已知粒子半徑對比可發(fā)現(xiàn)未知的元素和同位素由粒子質(zhì)量公式可知，如果帶電粒子的電荷量相同，質(zhì)量有微小差別，就會打在照相底片上的不同位置，出現(xiàn)一系列的譜線，不同質(zhì)量對應(yīng)著不同的譜線，叫作質(zhì)譜線。在偏轉(zhuǎn)電場中，帶電粒子的偏轉(zhuǎn)距離為x=2r比荷:質(zhì)量:由：得：得：由：經(jīng)電場加速得：質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀如圖所示，一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過由相互正交的勻強(qiáng)磁場（磁感應(yīng)強(qiáng)度為B）和勻強(qiáng)電場（電場強(qiáng)度為E）組成的速度選擇器，然后通過狹縫P進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場（磁感應(yīng)強(qiáng)度為B’），最終打在A1A2上，粒子重力不計(jì)。下列表述正確的是（

）A.粒子帶負(fù)電B.能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BC.粒子打在A1A2的位置越靠近P，粒子的比荷q/m越大D.所有打在A1A2上的粒子，在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B’的磁場中的運(yùn)動時間都相同BC回旋加速器直線加速器要認(rèn)識原子核內(nèi)部的情況，必須把核“打開”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”。那如何才能獲得需要的高能粒子呢？產(chǎn)生這些高能“炮彈”的“工廠”就是各種各樣的粒子加速器回旋加速器能不能設(shè)計(jì)一種能實(shí)現(xiàn)多次加速，又減少占地空間的加速器呢？北京正負(fù)電子對撞機(jī)202米歐洲強(qiáng)子對撞磁場加速器幾公里回旋加速器Um,qB用磁場控制軌道，用電場進(jìn)行加速粒子的裝置就是回旋加速器回旋加速器1932年美國物理學(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)對帶電粒子進(jìn)行多級加速。勞倫斯第一臺回旋加速器回旋加速器回旋加速器概念：利用電場對電荷的加速作用和磁場對運(yùn)動電荷的偏轉(zhuǎn)作用，在較小的范圍內(nèi)來獲得高能粒子的裝置。2.結(jié)構(gòu)：回旋加速器的核心部件是:（1）兩個D形盒(半圓金屬盒）（2）A粒子源（3）交流電源（4）偏轉(zhuǎn)磁場原理圖回旋加速器U3.工作原理：（1）磁場的作用是什么？寫出粒子進(jìn)入磁場后半徑表達(dá)式？周期？粒子在磁場中運(yùn)動特點(diǎn)？

（2）電場的作用是什么？

電場使粒子加速（3）再次進(jìn)入電場，怎么保證能做加速運(yùn)動？

（4）帶電粒子飛出回旋加速器加速時，獲得的動能由哪些因素決定？接高頻電源狹縫原理圖粒子源

由：得：跟蹤練習(xí)如圖，均勻繞制的螺線管水平放置，在其正中心的上方附近用絕緣繩水平吊起通電直導(dǎo)線A，A與螺線管垂直，A導(dǎo)線中的電流方向垂直紙面向里。閉合開關(guān)S，A受到的通電螺線管產(chǎn)生的磁場的作用力的方向是A.豎直向上B.豎直向下C.水平向右D.水平向左√解析：首先根據(jù)安培定則判斷出通電螺線管右端為N極，左端為S極，所以在A處產(chǎn)生的磁場方向水平向左。根據(jù)左手定則判斷可知A受到的通電螺線管產(chǎn)生的磁場的作用力的方向豎直向上，選項(xiàng)A正確，B、C、D錯誤。跟蹤練習(xí)

√√跟蹤練習(xí)

跟蹤練習(xí)

AD跟蹤練習(xí)（1）粒子在磁場中飛出的最大軌道半徑為D形盒的半徑，對應(yīng)速度也最大，則有

最大動能為：

聯(lián)立解得：

所以粒子運(yùn)動時間：

又粒子做勻速圓周運(yùn)動的周期：

所以兩粒子動能關(guān)系：

跟蹤練習(xí)

跟蹤練習(xí)

√√

跟蹤練習(xí)

跟蹤練習(xí)5.（多選）如圖所示，回旋加速器D形盒的半徑為R，用來加速質(zhì)量

為m、電荷量為q的質(zhì)子，質(zhì)子每次經(jīng)過電場區(qū)時，都恰好在電壓

為U時被加速，且電場可視為勻強(qiáng)電場，使質(zhì)子由靜止加速到能量

為E后，由A孔射出。下列說法正確的是（

）A.D形盒半徑R、磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，若加速電壓U越高，質(zhì)子的能量E將越大B.磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，若加速電壓U不變，D形盒半徑R越大，質(zhì)子的能量E將越大C.D形盒半徑R、磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，若加速電壓