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人教版 选择性必修第二册
1.4 质谱仪与回旋加速器
第一章 安培力与洛伦兹力
复习导入
1、带电粒子的磁场中匀速圆周运动的产生条件：
粒子垂直进入匀强磁场
粒子只受洛伦兹力
2、规律：
洛伦兹力充当向心力
3、重要结论：
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？
思考
质谱仪
质谱仪是科学研究中用来分析同位素和测量带电粒子质量的重要工具。
质谱仪的构造
质谱仪主要由以下几部分组成：
① 带电粒子注入器
② 加速电场 ( U )
③ 速度选择器 ( B1、E )
④ 偏转磁场 ( B2)
⑤ 照相底片
1．用途：测量带电粒子的________和分析________的重要工具．
质量　
质谱仪
同位素　
qU　
1932 年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内对带电粒子进行多级加速。
回旋加速器
劳伦斯
第一台回旋加速器
原理图
回旋加速器
接高频
电源
狭缝
原理图
粒子源
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期：
周期跟轨道半径和运动速度无关
尽管速率和半径一次比一次大，运动周期却始终不变。
这样，如果在两盒间加一个交变电场，使它也以同样的周期往复变化，那就可以保证粒子每经过电场时，都正好赶上适合的电场方向而被加速。
电场的周期：
回旋加速器
1、(多选)如图是质谱仪的工作原理示意图,带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场的磁感应强度和匀强电场的电场强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是(ABC)
A.质谱仪是分析同位素的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小
课堂练习
2、如图所示为质谱仪的原理图。利用这种质谱仪可以对氢元素进行测量。氢元素的各种同位素,从容器A下方的小孔S1进入加速电压为U的加速电场,可以认为从容器出来的粒子初速度为零。粒子被加速后从小孔S2进入磁感应强度为B的匀强磁场,最后打在照相底片D上,形成a、b、c三条质谱线。关于氢的三种同位素进入磁场时速率的排列顺序和三条谱线的排列顺序,下列说法中正确的是(　A　)
A.进磁场时速率从大到小的排列顺序是氕、氘、氚
B.进磁场时速率从大到小的排列顺序是氚、氘、氕
C.a、b、c三条谱线的排列顺序是氕、氘、氚
D.a、b、c三条谱线的排列顺序是氘、氚、氕
课堂练习
3、下列说法中正确的是(　　)
A．若离子束是同位素，则x越大，离子的质量越大
B．若离子束是同位素，则x越大，离子的质量越小
C．只要x相同，则离子的质量一定相同
D．只要x相同，则离子的比荷一定相同
【答案】AD
课堂练习

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