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(共16张PPT)
第一章 .安培力与洛伦兹力
1.4质谱仪与回旋加速器
问题
新课引入
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？
新课引入
方案设计：
方案一：利用带电粒子在电场中偏转
U0
L
y
U d
m , q
得：
（2）再偏转（类平抛运动）
纵向：
横向：
（1）先加速由：
得：
结论：由粒子的轨迹方程可知，粒子的轨迹与粒子的性质无关，无法分开比荷不同的粒子。
新课引入
方案设计：
方案二：利用带电粒子在磁场中偏转
（1）先加速由：
得：
（2）再偏转(匀速圆周运动）
得：
U0
B
m , q
结论：由粒子的轨道半径表达式可知，比荷不同的带电粒子的半径不同，这种方法可以分开比荷不同的粒子。
一、质谱仪
1、质谱仪的定义
利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量、轨道半径确定其质量的仪器。
2、质谱仪结构及作用 ：
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粒子速度选择器：使具有相同速度的粒子进入偏转磁场
④偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离
⑤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
速度选择器
一、质谱仪
3、质谱仪的原理：
加速电场U1：
速度选择器E，B：
偏转磁场B0：
m不同，r 就不同
二、回旋加速器
在粒子物理学中，我们需要对粒子加速，从而去轰击其它粒子，从而撞碎粒子，以此发现粒子的内部结构。
认识加速器
二、回旋加速器
认识加速器
如果我们使用1000V的电压,要将质子加速到8×105eV,需要多少级加速电场
问题
得：n=800级
解：nqU=
问题
你认为这样的加速器在建设中有什么困难，你有没有更好方案？
二、回旋加速器
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的装置。
2、结构及作用 ：
①两个大磁极 ：在带电粒子运动范围内产生很强的匀强磁场，使带电粒子做匀速圆周运动。
③D形盒间的窄缝：使带电粒子在这一区间被电场加速。
④交变电场：交变电场的周期等于粒子做匀速圆周运动的周期。使带电粒子在D形盒间的窄缝被加速。
1、回旋加速器：
②两个D形扁平铜盒：使D形盒内部有磁场没有电场。使带电粒子的圆周运动不受电场影响。
二、回旋加速器
3、原理：
带电粒子在D形盒中运行的周期：
（1）加速条件
每过 电场方向要改变一次，以保证带电粒子始终被加速。
电场的变化周期要等于粒子的运动周期：
二、回旋加速器
（2）粒子最大动能：
（离开半径与D形盒半径相同）
3、原理：
对某种粒子q、m一定，粒子获得的最大动能由磁感应强度B和回旋加速器的半径R决定，与加速度电压的大小无关。
二、回旋加速器
3、原理：
（3）回旋加速器不可无限加速。
粒子速度v接近光速c时，质量变大，在磁场中运动周期改变，与交变电场周期不同步。
改进：
课堂小结
一. 质谱仪
二. 回旋加速器
1、条件：
2、粒子能量：
3、运动时间：
典例探究
【例1】质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断（ ）
A.若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大
B.若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小
C.只要x相同，则离子质量一定相同
D.只要x相同，则离子的荷质比一定相同
AC
典例探究
【例2】一个用于加速质子的回旋加速器,其核心部分如图所示,D形盒半径为R,垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B,两盒分别与交流电源相连。设质子的质量为m、电荷量为q,则下列说法正确的是(　　)
A.D形盒之间交变电场的周期为
B.质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大
C.质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大
D.只要R足够大,质子的速度可以被加速到任意值
A B
共筑孩子成才路主题家长会
谢谢聆听
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