高中人教版 (2019)4 质谱仪与回旋加速器课堂教学课件ppt

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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？
方案一：带电粒子垂直进入偏转电场
x方向：x=v0t由于时间不同，水平位移不同　　
根据水平位移不同，区分质荷比不同的粒子　　
方案二：带电粒子垂直进入偏转磁场
如果B、v相同，m不同，则r不同，这样就可以把不同的粒子分开。
阿斯顿设计了质谱仪，并用质谱仪发现了氖-20和氖-22，证实了同位素的存在
要认识原子内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”,那该如何“打开”呢?
如何生产作为“炮弹”的极高能量粒子呢？
电场做功，电势能转化为粒子动能
因此需要设计占地小粒子加速器
1932年劳伦斯研制第一台回旋加速器的D形室.此加速器可将质子和氘核加速到1MeV的能量，人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步．为此1939年劳伦斯获得诺贝尔物理学奖.
1．电场加速：2．磁场约束偏转：3．加速条件：高频电源的周期与带电粒子在D形盒中运动的周期相同，即 .4．最终能量： 要提高加速粒子的最终能量，应尽可能地增大磁感应强度B和D形盒的半径R.
2、如图所示，回旋加速器两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，两D形金属盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于两D形金属盒底面，磁感应强度大小为B，粒子源置于两D形金属盒的圆心附近。下列说法正确的是（　　）A．高频交流电源的电压越大，粒子打出回旋加速器的速度越大B．D形金属盒半径越大，粒子打出回旋加速器的速度越大C．粒子在磁场中做圆周运动的周期可以是高频交流电周期的2倍D．粒子在回旋加速器中加速次数越多，粒子打出时的动能越大
3、如图所示是回旋加速器的示意图，置于真空中的D型金属盒的半径为R两D型盒接在高频交流电源上磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒的盒面垂直粒子经过D1、D2狭缝间的电压大小恒为U，若中心粒子源A处产生的质量为m，电荷量为+q的粒子，可以被D1、D2狭缝间的电场不断加速。带电粒子的初速度为零，不考虑相对论效应，则下列说法正确的是（　　）A．粒子在回旋加速器中的加速次数与粒子的比荷成正比B．粒子在回旋加速器中相邻轨道半径之差保持不变C．带电粒子在D2盒中第n个半圆的半径是
D．若加速器的输出端的等效电流是 ，则输出平均功率是
2、如图所示，沿直线通过速度选择器的正离子A、B从狭缝S射入磁感应强度为B2的磁场中，偏转后出现的轨迹半径之比为RA：RB=1：2，则（　　）A．离子的电荷量之比qA：qB=1：2B．离子的速度之比vA：vB=1：1C．离子的质量之比mA：mB=1：2 D．离子的荷质比之比
3、质谱仪是一种研究同位素的工具，如图为倍恩勃立奇等设计的质谱仪结构示意图。从离子源产生的同位素离子，经过S2、S1之间的电压U加速，穿过平行板P1、P2区间，从狭缝S0垂直射入磁感应强度为B的匀强磁场，偏转半周后打在照相底片上。不计离子重力。（1）若忽略某离子进入狭缝S2时的速度，在底片上的落点到狭缝S0的距离为上，求该离子的比荷；（2）实际上，离子进入S2时有不同的速度，为降低其影响，在P1、P2间加均垂直于连线S1S0、场强为E的匀强电场和磁感应强度为B'的匀强磁场，电场方向由P1指向P2，试指出磁场B'的方向。若带电量为g的两个同位素离子在底片上的落点相距△L，求它们的质量差△m。
（2）磁场B′的方向应垂直于纸面向外，要离子沿连线S1S0运动，则有：qvB′＝qE对两个同位素离子，（设m1＞m2），分别则有：
带电粒子在匀强磁场中的运动
平行磁感线进入：做匀速直线运动
垂直磁感线进入：做匀速圆周运动