质谱仪与回旋加速器课件

第五第五节洛洛伦兹力的力的应用用返回返回课标定位定位学学习目目标：1.知知道道洛洛伦兹力力只只改改变带电粒粒子子速速度方向，不改度方向，不改变其速度大小其速度大小2知道知道质谱仪和回旋加速器的构造和原理和回旋加速器的构造和原理重点重点难点：点：质谱仪和回旋加速器的原理和和回旋加速器的原理和应用用返回返回返回返回一一、质谱仪和回旋加速器和回旋加速器1质谱仪(1)原理原理图：如：如图352图352返回返回返回返回返回返回核心要点突破核心要点突破一、一、质谱仪工作原理的理解工作原理的理解质谱仪是利用是利用电场和磁和磁场控制控制电荷运荷运动的精密的精密仪器，它是器，它是测量量带电粒子的粒子的质量和分析同位素的重要量和分析同位素的重要工具其工具其结构如构如图352甲所示，容器甲所示，容器A中含有中含有电荷量相同而荷量相同而质量有微小差量有微小差别的的带电粒子粒子经过S1和和S2之之间的的电场加速，它加速，它们进入磁入磁场将沿着不同的半将沿着不同的半径做径做圆周运周运动，打到照相底片的不同地方，在底片，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干上形成若干谱线状的状的细条，叫做条，叫做质谱线每一条每一条谱线对应于一定的于一定的质量从量从谱线的位置可以知道的位置可以知道圆周周的半径，如果再已知的半径，如果再已知带电粒子的粒子的电荷量，就可以算荷量，就可以算出它的出它的质量，量，这种种仪器叫做器叫做质谱仪返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)2.回回旋旋加加速速器器是是加加速速带带电电粒粒子子的的装装置置，其其核核心心部部分分是是分分别别与与高高频频交交流流电电极极相相连连接接的的两两个个D形形金金属属盒盒，两两盒盒间间的的狭狭缝缝中中形形成成的的周周期期性性变变化化的的电电场场，使使粒粒子子在在通通过过狭狭缝缝时时都都能能得得到到加加速速，两两D形形金金属属盒盒处处于于垂垂直直于于盒盒底底的的匀匀强强磁磁场场中中，如如图图357所所示示，要要增增大大带带电电粒粒子子射射出出时时的的动动能能，则则下下列列说说法法中正确的是中正确的是()图357返回返回A增大匀增大匀强强电场间的加速的加速电压B增大磁增大磁场的磁感的磁感应强强度度C减小狭减小狭缝间的距离的距离D增大增大D形金属盒的半径形金属盒的半径返回返回即即时应用用(即即时突破，小突破，小试牛刀牛刀)3(2011年杭州高二年杭州高二检测)一个一个带电粒子以初速度粒子以初速度v0垂直于垂直于电场方向向右射入匀方向向右射入匀强强电场区域，穿出区域，穿出电场后接着又后接着又进入匀入匀强强磁磁场区域区域设电场和磁和磁场区域有明确的分界区域有明确的分界线，且分界，且分界线与与电场强强度方向度方向平行，如平行，如图358中的虚中的虚线表示在表示在图所示的所示的几种情况中，可能出几种情况中，可能出现的是的是()图358返回返回解解析析：选AD。A、C选项中中粒粒子子在在电场中中向向下下偏偏转，所所以以粒粒子子带正正电，再再进入入磁磁场后后，A图中中粒粒子子应逆逆时针转，正正确确C图中中粒粒子子应顺时针转，错误同理可以判断同理可以判断B错，D对返回返回变变式式训训练练1如如图3512为质谱仪的的示示意意图速速度度选择部部分分的的匀匀强强电场场强强E1.2105 V/m，匀匀强强磁磁场的的磁磁感感应强强度度为B10.6 T偏偏转分分离离器的磁感器的磁感应强强度度为B20.8 T求：求：(1)能通能通过速度速度选择器的粒子速度有多大？器的粒子速度有多大？(2)质子子和和氘核核进入入偏偏转分分离离器器后后打打在在底底片片上上的的条条纹之之间的距离的距离d为多少？多少？图3512返回返回答案：答案：(1)2105 m/s(2)5.2103 m返回返回类型三类型三回旋加速器的应用回旋加速器的应用例例例例3 3 回回旋旋加加速速器器是是用用来来加加速速带电粒粒子子使使它它获得得很很大大动能能的的仪器器，其其核核心心部部分分是是两两个个D形形金金属属盒盒，两两盒盒分分别和和一一高高频交交流流电源源两两极极相相连，以以便便在在盒盒间的的窄窄缝中中形形成成匀匀强强电场，使使粒粒子子每每次次穿穿过窄窄缝都都得得到到加加速速，两两盒盒放放在在匀匀强强磁磁场中中，磁磁场方方向向垂垂直直于于盒盒底底面面，粒粒子子源源置置于于盒盒的的圆心心附附近近，若若粒粒子子源源射射出出的的粒粒子子电荷荷量量为q，质量量为m，粒粒子子最最大大回回旋半径旋半径为Rm，其运，其运动轨迹如迹如图3513所示，所示，问：返回返回(1)盒中有无盒中有无电场？(2)粒子在盒内做何种运粒子在盒内做何种运动？(3)所所加加交交流流电频率率应是是多多大大，粒粒子子角角速速度度为多多大大？(4)粒粒子子离离开开加加速速器器时速速度度是是多多大大，最最大大动能能为多多少？少？(5)设两两D形盒形盒间电场的的电势差差为U，求加速到上述，求加速到上述能量所需的能量所需的时间(不不计粒子在粒子在电场中运中运动的的时间)图3513返回返回返回返回返回返回返回返回【规律律总结】求解此求解此题应注意以下两点：注意以下两点：(1)交交流流电的的周周期期与与粒粒子子做做圆周周运运动的的周周期期相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)根据匀速根据匀速圆周运周运动知知识求出粒子最大速度求出粒子最大速度的表达式，再据此判断它与何物理量有关的表达式，再据此判断它与何物理量有关返回返回变式式训练3(2011年年吉吉林林市市高高二二检测)用用回回旋旋加加速速器器来来加加速速质子子，为了了使使质子子获得得的的动能能增增加加为原原来来的的4倍倍，原原则上上可可以以采采用用下下列列哪哪几几种方法种方法()A将其磁感将其磁感应强强度增大度增大为原来的原来的2倍倍B将其磁感将其磁感应强强度增大度增大为原来的原来的4倍倍C将将D形盒的半径增大形盒的半径增大为原来的原来的2倍倍D将将D形盒的半径增大形盒的半径增大为原来的原来的4倍倍返回返回返回返回返回返回