質(zhì)譜儀與回旋加速器高二下學期物理人教版（2019）選擇性必修第二冊+

啟迪智慧1.4質(zhì)譜儀與回旋加速器人教版選擇性必修二

第一章物理核心素養(yǎng)目標知道質(zhì)譜儀和回旋加速器的基本結構和工作原理。2.經(jīng)歷質(zhì)譜儀和回旋加速器工作原理的推理過程，在儀器中體會物理知識的運用，體會邏輯推理的思維方法。3.了解質(zhì)譜儀和回旋加速器的局限性，體會理論與實踐的區(qū)別，以及理論在實際生產(chǎn)生活中運用的困境。復習導入在科學研究和工業(yè)生產(chǎn)中，常常遇到這樣的問題，一束帶電粒子流由電荷量相同，但質(zhì)量不同的粒子組成，需要將不同粒子分離，以便分析其中所含物質(zhì)的成分，對此常常用到的科學儀器叫質(zhì)譜儀。小組討論：質(zhì)譜儀究竟是如何將電荷量相同，但質(zhì)量不同的帶電粒子進行分離的？（結合帶電粒子在磁場中的運動相關知識分析）質(zhì)譜儀PART01PART01電離室加速電場偏轉(zhuǎn)磁場1.電離室：使中性氣體電離，產(chǎn)生帶電粒子，飄出的帶電粒子質(zhì)量不同，電荷量相同。2.加速電場：對帶電粒子產(chǎn)生靜電力，靜電力做功使帶電粒子獲得動能。電勢能轉(zhuǎn)化為粒子的動能。3.偏轉(zhuǎn)磁場：使帶電粒子做勻速圓周運動，由于半徑r不同而分離?；窘Y構PART01質(zhì)譜儀的工作原理可以分為兩個過程：加速過程、偏轉(zhuǎn)過程（1）加速過程——電場使帶電粒子加速（2）偏轉(zhuǎn)過程——磁場使帶電粒子偏轉(zhuǎn)動能定理，粒子初速度很小，忽略不計得：得：比荷不同的粒子的軌道半徑r不同，成功分離不同粒子。工作原理PART01變形要計算粒子的質(zhì)量，需要知道其中哪些物理量？質(zhì)譜儀的用途不只是分離帶電粒子。質(zhì)譜儀還可以測量粒子的質(zhì)量：例.如圖為質(zhì)譜儀原理示意圖，一個質(zhì)量為m，電荷量為q的帶正電的粒子，粒子初速度很小可視為靜止，首先經(jīng)過一個電壓為U的加速電場。隨后，粒子進入速度選擇器，其內(nèi)有相互垂直的勻強電場E和勻強磁場，勻強電場方向水平向右。部分帶電粒子能夠沿著直線穿過速度選擇器，并從G點垂直MN邊界進入偏轉(zhuǎn)磁場，偏轉(zhuǎn)磁場是以直線MN為邊界的勻強磁場，方向垂直紙面向外。粒子經(jīng)過偏轉(zhuǎn)磁場后，最終會到達照相底片的H點，測量出G點和H點之間的距離為L。帶電粒子的重力可忽略不計。(1)帶電粒子從加速電場射出時速度v的大?。?2)粒子速度選擇器中磁感應強度B1的大小和方向；(3)偏轉(zhuǎn)磁場的磁感應強度B2的大小。（1）（2）

方向垂直紙面向外（3）PART02回旋加速器PART02物質(zhì)是由原子構成，原子則由原子核以及核外電子構成，那么原子核的內(nèi)部又是怎樣的？如果把原子核想象成一顆雞蛋，想知道內(nèi)部結構就必須把它“打碎”進行“觀察”。然而，原子核很穩(wěn)定，很難“打碎”只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊，才能把它“打開”。高能粒子粒子加速器必修三中學過直線加速器，它的基本機構和工作原理是怎樣的PART02設電子進入第n個圓筒后的速度為v，根據(jù)動能定理：解得：第n個圓筒的長度：

（n越大圓筒越長）局限性：直線加速器長度過長，占用的空間范圍太大。PART021932年美國物理學家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，這一發(fā)明大大減小了加速器所占空間的體積?；窘Y構：兩個D形空心盒、盒間狹縫。工作原理：1.狹縫間的加速電場使帶電粒子加速，

2.D形空心盒內(nèi)的偏轉(zhuǎn)磁場使帶電粒子做圓周運動。交變電壓狹縫粒子源

回旋加速器要如何設置才能保證電荷被加速？以正電荷為例。帶電粒子做圓周運動的周期T：每轉(zhuǎn)半圈電場方向要改變一次，使得帶電粒子被不斷加速。PART02PART02隨著粒子加速，圓周運動半徑r越來越大。已知D型空心盒半徑為R，粒子加速后的最大速度是多少？最大動能是多少？物理含義：最大動能由磁感應強度B和回旋加速器的半徑R決定，與加速度電壓的大小無關。PART02洛倫磁力提供向心力帶電粒子加速后速度增大,周期是否改變?如果改變，這將帶來什么技術難關，你覺得如何改進？事實上，當粒子速度v接近光速c時，相對論效應顯著，粒子的質(zhì)量變大，周期逐漸變大，與交變電場周期不再同步。PART02例.(回旋加速器）(多選)如圖甲展示了一個半徑為R的回旋加速器的D形盒外觀，而圖乙則詳細描繪了回旋加速器的工作原理。微觀粒子從起始點S出發(fā)，在加速器中被逐漸加速。當粒子達到最大速度vm時，從回旋加速器中射出，以供進一步的應用或?qū)嶒炇褂?。下列說法正確的是(

)A．D形盒半徑R決定vmB．粒子從偏轉(zhuǎn)磁場中獲得能量C．高頻電源的電