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(共16張PPT)
第一章 .安培力與洛倫茲力
1.4質譜儀與回旋加速器
問題
新課引入
在科學研究和工業生產中，常需要將一束帶等量電荷的粒子分開，以便知道其中所含物質的成分。利用所學的知識，你能設計一個方案，以便分開電荷量相同、質量不同的帶電粒子嗎？
新課引入
方案設計：
方案一：利用帶電粒子在電場中偏轉
U0
L
y
U d
m , q
得：
（2）再偏轉（類平拋運動）
縱向：
橫向：
（1）先加速由：
得：
結論：由粒子的軌跡方程可知，粒子的軌跡與粒子的性質無關，無法分開比荷不同的粒子。
新課引入
方案設計：
方案二：利用帶電粒子在磁場中偏轉
（1）先加速由：
得：
（2）再偏轉(勻速圓周運動）
得：
U0
B
m , q
結論：由粒子的軌道半徑表達式可知，比荷不同的帶電粒子的半徑不同，這種方法可以分開比荷不同的粒子。
一、質譜儀
1、質譜儀的定義
利用磁場對帶電粒子的偏轉，由帶電粒子的電荷量、軌道半徑確定其質量的儀器。
2、質譜儀結構及作用 ：
①電離室：使中性氣體電離，產生帶電粒子
②加速電場：使帶電粒子獲得速度
③粒子速度選擇器：使具有相同速度的粒子進入偏轉磁場
④偏轉磁場：使不同帶電粒子偏轉分離
⑤照相底片：記錄不同粒子偏轉位置及半徑
電離室
加速電場
偏轉磁場
照相底片
速度選擇器
一、質譜儀
3、質譜儀的原理：
加速電場U1：
速度選擇器E，B：
偏轉磁場B0：
m不同，r 就不同
二、回旋加速器
在粒子物理學中，我們需要對粒子加速，從而去轟擊其它粒子，從而撞碎粒子，以此發現粒子的內部結構。
認識加速器
二、回旋加速器
認識加速器
如果我們使用1000V的電壓,要將質子加速到8×105eV,需要多少級加速電場
問題
得：n=800級
解：nqU=
問題
你認為這樣的加速器在建設中有什么困難，你有沒有更好方案？
二、回旋加速器
利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運動電荷的偏轉作用來獲得高能粒子的裝置。
2、結構及作用 ：
①兩個大磁極 ：在帶電粒子運動范圍內產生很強的勻強磁場，使帶電粒子做勻速圓周運動。
③D形盒間的窄縫：使帶電粒子在這一區間被電場加速。
④交變電場：交變電場的周期等于粒子做勻速圓周運動的周期。使帶電粒子在D形盒間的窄縫被加速。
1、回旋加速器：
②兩個D形扁平銅盒：使D形盒內部有磁場沒有電場。使帶電粒子的圓周運動不受電場影響。
二、回旋加速器
3、原理：
帶電粒子在D形盒中運行的周期：
（1）加速條件
每過 電場方向要改變一次，以保證帶電粒子始終被加速。
電場的變化周期要等于粒子的運動周期：
二、回旋加速器
（2）粒子最大動能：
（離開半徑與D形盒半徑相同）
3、原理：
對某種粒子q、m一定，粒子獲得的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。
二、回旋加速器
3、原理：
（3）回旋加速器不可無限加速。
粒子速度v接近光速c時，質量變大，在磁場中運動周期改變，與交變電場周期不同步。
改進：
課堂小結
一. 質譜儀
二. 回旋加速器
1、條件：
2、粒子能量：
3、運動時間：
典例探究
【例1】質譜儀是一種測定帶電粒子質量和分析同位素的重要工具，它的構造原理如圖，離子源S產生的各種不同正離子束(速度可看作為零)，經加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場，到達記錄它的照相底片P上，設離子在P上的位置到入口處S1的距離為x，可以判斷（ ）
A.若離子束是同位素，則x越大，離子質量越大
B.若離子束是同位素，則x越大，離子質量越小
C.只要x相同，則離子質量一定相同
D.只要x相同，則離子的荷質比一定相同
AC
典例探究
【例2】一個用于加速質子的回旋加速器,其核心部分如圖所示,D形盒半徑為R,垂直D形盒底面的勻強磁場的磁感應強度為B,兩盒分別與交流電源相連。設質子的質量為m、電荷量為q,則下列說法正確的是(　　)
A.D形盒之間交變電場的周期為
B.質子被加速后的最大速度隨B、R的增大而增大
C.質子被加速后的最大速度隨加速電壓的增大而增大
D.只要R足夠大,質子的速度可以被加速到任意值
A B
共筑孩子成才路主題家長會
謝謝聆聽
演示完畢感謝您的觀看

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