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(共20张PPT)
梁宁 内蒙古师范大学
第4节：质谱仪 回旋加速器
人教版(2019年)高中物理选择性必修第二册
第一章 安培力与洛伦兹力
物理也疯狂
目录
质谱仪
回旋加速器
配套习题
01.
02.
03.
质谱仪
01.
利用带电粒子在磁场中的偏转，由带电粒子的电荷量、轨道半径确定其质量的仪器。在科学研究中常用来分析同位素和测量带电粒子质量。
质谱仪
01.
电离室
加速电场
偏转磁场
照相底片
速度选择器
1.电离室：使气体电离，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：以相同速度进入偏转磁场
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
质谱仪的构成:
质谱仪
01.
速度：
半径：
比荷不同的粒子，进入匀强磁场后将沿着不同的半径做圆周运动，打到照相底片的不同位置。
质谱仪
01.
【课堂练习 】质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1；b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量为m、电荷量为＋e的正电子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动。求：
（1）粒子射出加速器时的速度v为多少？
（2）速度选择器的电压U2为多少？
（3）粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？
质谱仪
01.
（1）在a 中，e 被加速电场U1加速，由动能定理有
，得
（2）在b 中，e 受的电场力和洛伦兹力大小相等，即
，代入v 值得
（3）在c中，e受洛伦兹力作用而做圆周运动，回转半径
，代入v 值得
回旋加速器
02.
为了认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进行“观察”。由于原子核被强大的核力约束，需要用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才能把它“打开”。产生这些高能粒子的工具就是各种各样的粒子加速器。
回旋加速器
02.
静电力对带电粒子做正功，粒子的动能会增加，即 ,电压越高粒子增加的动能越大。该如何产生高压？
直线加速器
回旋加速器
02.
北京正负电子对撞机
202米
如何设计一种既能实现多次加速，又可以减少占地空间的加速器呢？
欧洲强子对撞磁场加速器
27公里
回旋加速器
02.
1929年，美国物理学家劳伦斯发明回旋加速器，1932年建成世界第一台回旋加速器。
回旋加速器的构成:
（1）D形金属盒
（2）交变电场
（3）偏转磁场
回旋加速器
02.
(1)问题：回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？
磁场的作用是使带电粒子回旋，电场的作用是使带电粒子加速。
接高频
电源
狭缝
原理图
粒子源
(2)问题：使用前几章的静电场可以吗？
需要使用交变电场
回旋加速器
02.
带电粒子在磁场中运行的周期
粒子每次运动半圈，电场方向要改变一次
接高频
电源
狭缝
原理图
粒子源
与粒子速度大小无关
(3)对交变电场的周期有什么要求？
回旋加速器
02.
（4)带电粒子获得的最大速度
(5)带电粒子获得的最大动能
由 得粒子获得的最大速度:
回旋加速器
02.
(6)带电粒子在回旋加速器中加速的次数？
(n带电粒子加速的次数)
粒子加速次数：
回旋加速器
02.
(7)带电粒子在回旋加速器磁场中运动时间是多少？(总时间)
粒子一个周期内被加速两次
粒子加速次数：
粒子在磁场中运动的时间：
配套习题
03.
例题1
【参考答案】D
如图所示，质量为m、电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。则粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为（　　）
A． B．
C． D．
配套习题
03.
例题2
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，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束（速度可看成为零），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。
（1）若离子质量m、电荷量q、加速电压U、磁感应强度大小B，求x的大小。
（2）氢的三种同位素H、H、H从离子源S出 发，到达照相底片的位置距入口处S1的距离之比xH∶xD∶xT为多少？
配套习题
03.
例题2
答案　（2）1∶∶
答案　（1） 　
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