質(zhì)譜儀與回旋加速器

1、第五節(jié)洛倫茲力的應(yīng)用第五節(jié)洛倫茲力的應(yīng)用課標(biāo)定位課標(biāo)定位學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道洛倫茲力只改變帶電粒子速知道洛倫茲力只改變帶電粒子速度方向，不改變其速度大小度方向，不改變其速度大小2知道質(zhì)譜儀和回旋加速器的構(gòu)造和原理知道質(zhì)譜儀和回旋加速器的構(gòu)造和原理重點(diǎn)難點(diǎn)：質(zhì)譜儀和回旋加速器的原理和應(yīng)重點(diǎn)難點(diǎn)：質(zhì)譜儀和回旋加速器的原理和應(yīng)用用山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回一一、質(zhì)譜儀和回旋加速器、質(zhì)譜儀和回旋加速器1質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀(1)原理圖：如圖原理圖：如圖352圖圖35

2、2山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破一、質(zhì)譜儀工作原理的理解一、質(zhì)譜儀工作原理的理解質(zhì)譜儀是利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)控制電荷運(yùn)動(dòng)

3、的精密儀質(zhì)譜儀是利用電場(chǎng)和磁場(chǎng)控制電荷運(yùn)動(dòng)的精密儀器，它是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要器，它是測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具其結(jié)構(gòu)如圖工具其結(jié)構(gòu)如圖352甲所示，容器甲所示，容器A中含有電中含有電荷量相同而質(zhì)量有微小差別的帶電粒子經(jīng)過荷量相同而質(zhì)量有微小差別的帶電粒子經(jīng)過S1和和S2之間的電場(chǎng)加速，它們進(jìn)入磁場(chǎng)將沿著不同的半之間的電場(chǎng)加速，它們進(jìn)入磁場(chǎng)將沿著不同的半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片的不同地方，在底片徑做圓周運(yùn)動(dòng)，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫做質(zhì)譜線每一條譜上形成若干譜線狀的細(xì)條，叫做質(zhì)譜線每一條譜線對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量從譜線的位置可以知道圓周

4、線對(duì)應(yīng)于一定的質(zhì)量從譜線的位置可以知道圓周的半徑，如果再已知帶電粒子的電荷量，就可以算的半徑，如果再已知帶電粒子的電荷量，就可以算出它的質(zhì)量，這種儀器叫做質(zhì)譜儀出它的質(zhì)量，這種儀器叫做質(zhì)譜儀山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案

5、案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水

6、滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知

7、知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回山東水滸書業(yè)有限公司山東水滸書業(yè)有限公司 第第3章磁場(chǎng)章磁場(chǎng)課課前前自自主主學(xué)學(xué)案案核核心心要要點(diǎn)點(diǎn)突突破破課課堂堂互互動(dòng)動(dòng)講講練練知知能能優(yōu)優(yōu)化化訓(xùn)訓(xùn)練練返回返回即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)2.回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個(gè)分是分別與高頻交流電極相連接的兩個(gè)D形金屬形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場(chǎng)，盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬形金屬盒處于垂直于盒底的

8、勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖357所示，要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能，則下列說所示，要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能，則下列說法中正確的是法中正確的是()圖圖357A增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓B增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度C減小狹縫間的距離減小狹縫間的距離D增大增大D形金屬盒的半徑形金屬盒的半徑即時(shí)應(yīng)用即時(shí)應(yīng)用(即時(shí)突破，小試牛刀即時(shí)突破，小試牛刀)3(2011年杭州高二檢測(cè)年杭州高二檢測(cè))一個(gè)帶電粒子以初速一個(gè)帶電粒子以初速度度v0垂直于電場(chǎng)方向向右射入勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，穿垂直于電場(chǎng)方向向右射入勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，穿出電場(chǎng)后接著又進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域設(shè)電場(chǎng)和

9、磁出電場(chǎng)后接著又進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域設(shè)電場(chǎng)和磁場(chǎng)區(qū)域有明確的分界線，且分界線與電場(chǎng)強(qiáng)度方場(chǎng)區(qū)域有明確的分界線，且分界線與電場(chǎng)強(qiáng)度方向平行，如圖向平行，如圖358中的虛線表示在圖所示中的虛線表示在圖所示的幾種情況中，可能出現(xiàn)的是的幾種情況中，可能出現(xiàn)的是()圖圖358解析：解析：選選AD。A、C選項(xiàng)中粒子在電場(chǎng)中向下選項(xiàng)中粒子在電場(chǎng)中向下偏轉(zhuǎn)，所以粒子帶正電，再進(jìn)入磁場(chǎng)后，偏轉(zhuǎn)，所以粒子帶正電，再進(jìn)入磁場(chǎng)后，A圖圖中粒子應(yīng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)，正確中粒子應(yīng)逆時(shí)針轉(zhuǎn)，正確C圖中粒子應(yīng)順時(shí)圖中粒子應(yīng)順時(shí)針轉(zhuǎn)，錯(cuò)誤同理可以判斷針轉(zhuǎn)，錯(cuò)誤同理可以判斷B錯(cuò)，錯(cuò)，D對(duì)對(duì)變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1如圖如圖3512為質(zhì)譜儀的示意為質(zhì)譜

10、儀的示意圖速度選擇部分的勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)圖速度選擇部分的勻強(qiáng)電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)E1.2105 V/m，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B10.6 T偏偏轉(zhuǎn)分離器的磁感應(yīng)強(qiáng)度為轉(zhuǎn)分離器的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B20.8 T求：求：(1)能通過速度選擇器的粒子速度有多大？能通過速度選擇器的粒子速度有多大？(2)質(zhì)子和氘核進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器后打在底片上的質(zhì)子和氘核進(jìn)入偏轉(zhuǎn)分離器后打在底片上的條紋之間的距離條紋之間的距離d為多少？為多少？圖圖3512答案：答案：(1)2105 m/s(2)5.2103 m回旋加速器的應(yīng)用回旋加速器的應(yīng)用 回旋加速器是用來加速帶電粒子使它獲得回旋加速器是用來加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)

11、能的儀器，其核心部分是兩個(gè)很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，形金屬盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相連，以便在盒兩盒分別和一高頻交流電源兩極相連，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使粒子每次穿過窄縫間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使粒子每次穿過窄縫都得到加速，兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂都得到加速，兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子直于盒底面，粒子源置于盒的圓心附近，若粒子源射出的粒子電荷量為源射出的粒子電荷量為q，質(zhì)量為，質(zhì)量為m，粒子最大回，粒子最大回旋半徑為旋半徑為Rm，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖3513所示，問：所示，問：(1)盒中有無電場(chǎng)？

12、盒中有無電場(chǎng)？(2)粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？(3)所加交流電頻率應(yīng)是多大，粒子角速度為多大？所加交流電頻率應(yīng)是多大，粒子角速度為多大？(4)粒子離開加速器時(shí)速度是多大，最大動(dòng)能為多粒子離開加速器時(shí)速度是多大，最大動(dòng)能為多少？少？(5)設(shè)兩設(shè)兩D形盒間電場(chǎng)的電勢(shì)差為形盒間電場(chǎng)的電勢(shì)差為U，求加速到上述，求加速到上述能量所需的時(shí)間能量所需的時(shí)間(不計(jì)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不計(jì)粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間)圖圖3513【規(guī)律總結(jié)】【規(guī)律總結(jié)】求解此題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：求解此題應(yīng)注意以下兩點(diǎn)：(1)交流電的周期與粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相交流電的周期與粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同回旋加速器才能正常工作同回旋加速器才能正常工作(2)根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)求出粒子最大速度根據(jù)勻速圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)求出粒子最大速度的表達(dá)式，再據(jù)此判斷它與何物理量有關(guān)的表達(dá)式，再據(jù)此判斷它與何物理量有關(guān)變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練3(2011年吉林市高二檢測(cè)年吉林市高二檢測(cè))用回旋用回旋加速器來加速質(zhì)子，為了使質(zhì)子獲得的動(dòng)能加速器來加速質(zhì)子，為了使質(zhì)子獲得的動(dòng)能增加為原來的增加為原來的4倍，原則上可以采用下列哪幾倍，原則上可以采用下列哪幾種方法種方法()A將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的2倍倍B將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來的4倍倍C將將D形盒的半徑增大為原來的形盒的