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1.4 质谱仪与回旋加速器
嫦娥五号为我们带回来了月壤，但月壤中有很多同位素，那么我们如何才能知道月壤的成分呢？
质谱仪
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，质谱仪便是最好的选择。
1.质谱仪：是一种测定带电粒子的质量及分析同位素的重要工具。
一、质谱仪
2.基本结构 ：
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偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离
④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
3.质谱仪的工作原理
①在电场中加速
②在偏转磁场中
联立两个式子得：
③在偏转磁场中，偏转的距离为x
x=2r
④由上式可得粒子的质量和比荷
x
例1 (多选)[2021·辽宁大连期末] 同位素质谱仪是分离和检测不同同位素的仪器.如图所示为质谱仪的原理图.若互为同位素的三个粒子从S1处无初速度释放进入电场,经电压为U的加速电场加速后,垂直磁场边界从S3处进入匀强磁场,经磁场偏转后打在底片上,磁场的磁感应强度大小为B,不计粒子的重力,则下列说法正确的是 ( 　)
A.质量大的粒子由电场进入磁场时的速度大
B.比荷大的粒子打在底片上的位置离S3远
C.质量大的粒子打在底片上的位置离S3远
D.某一粒子打在底片上的位置到S3的距离与????成正比
?
CD
要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。那如何才能获得需要的高能粒子呢？
产生这些高能“炮弹”的“工厂”就是各种各样的粒子加速器
直线加速器
直线加速器占有的空间范围大，有的长达几十千米，坐落在两个城市之间、、、、、
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。
回旋加速器使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步。为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖．
1、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。
②两个D形盒：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。
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。
二、回旋加速器
2、工作原理
A0
v0
A/2
v1
A1
A/1
A2
v2
粒子就会不断的加速
①粒子源发出粒子
②在磁场中做半个周期的匀速圆周运动
③在电场中加速
思考与讨论：怎么控制电场的变化呢？
3. 带电粒子的最终能量
半径公式
得
若 D 形盒半径为R，
则带电粒子的最终动能
可见，带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关，只与磁感应强度 B 和 D 形盒半径 R 有关。
当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由
这个过程看似可以一直进行下去，但实际上由于相对论的效应，粒子的质量会随着速度增，圆周运动的周期也增加，这样电场于运动不在同步，也就没办法加速了。
对撞机是在回旋加速器的基础上逐步发展出来的。
粒子被加速到比较大的速度后，相对论效应就会明显的表现出来。为此，科学家们放弃了回旋加速器的恒定的磁场，改用了可以随粒子的能量相应变化的磁场，设计制造出了同步加速器。
同步加速器不需要两个大饼状的D形盒，只需要一个环即可。粒子在这个环中运动，速度小、磁场弱时粒子做圆周运动的半径就会大一些，粒子加速后将磁场也相应的增强就能够保持粒子做圆周运动的半径不变。这样粒子就能够在这个圆环中多次加速，一直加速到很高的能量。
被加速的粒子撞击一个静止的粒子会使得被撞击的粒子的动能增加，这不是粒子物理学家所希望的，粒子物理学家希望能够将被撞击的粒子撞碎成其他粒子。如何避免将粒子从加速器中获得的能量转换为被撞击粒子的动能呢？很简单，就是让两个粒子迎头相撞，这样就能够充分利用两个粒子的动能将粒子撞碎。对撞机就是由此而发明出来。
目前世界上最大的对撞机是欧洲的大型强子对撞机，其周长约为27千米
例2 (多选)[2021·苏州中学月考] 回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R.两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过狭缝的时间忽略不计,磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒所在平面垂直.A处粒子源产生质量为m、电荷量为+q的粒子,在加速器中被加速,交流电源电压为U.下列说法正确的是(　 )
A.交流电源的周期为π????????????
B.粒子射出加速器的速度大小与电压U成正比
C.粒子在磁场中运动的时间为π????????22????
D.粒子第1次经过狭缝后进入磁场运动的半径为1????2????????????
?
CD
提高粒子速度的方法有了，
提高学习成绩的方法有吗？

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