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(共28張PPT)
第4節 質譜儀與回旋 加速器
第一章
人教版 高中選擇性必修第二冊
質譜儀
01
回旋加速器
02
鞏固提升
03
新課導入
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？
新課導入
方案：
先用加速電場加速比荷不同的帶電粒子，再用勻強電場使帶電粒子偏轉，從而把它們分開。原理圖如圖所示：
U0
L
y
U d
m , q
（1）先加速
（2）再偏轉（類平拋運動）
由：
得：
縱向：
橫向：
得：
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。
質譜儀
PART 01
質譜儀的結構
01
電離室
加速電場
偏轉磁場
照相底片
電離室：使中性氣體電離，產生帶電粒子
加速電場：使帶電粒子獲得速度
偏轉磁場：使不同帶電粒子偏轉分離
照相底片：記錄不同粒子偏轉位置及半徑
質譜儀的原理
02
你能根據所學知識解釋一下質譜儀的工作原理嗎？
電離室
加速電場
偏轉磁場
照相底片
（1）先加速
（2）再偏轉(勻速圓周運動）
由：
得：
得：
這樣比荷不同的粒子就可以被分開了。
質譜儀還可以完成其他實驗任務嗎？
質譜儀的作用
03
質譜儀還可以計算粒子的質量，其原理是，可以根據入射孔和底片計算出帶電粒子在磁場中偏轉半徑r,則有：
電離室
加速電場
偏轉磁場
照相底片
若粒子初速度不為零，上述結論是否還成立，如何克服這一問題帶來的困難？
質譜儀的改進
04
原理圖
加速電場
速度選擇器
電離室
加速電場
偏轉磁場
照相底片
速度選擇器
速度選擇器E，B：
偏轉磁場B0：
觀察改進后質譜儀的結構，這樣的設計有什么優點？
典例探究
05
典例探究
06
回旋加速器
PART 02
問題引出
01
要認識原子核內部的情況，必須把核“打開”進行“觀察”。然而，原子核被強大的核力約束，只有用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊，才能把它“打開”。如何產生極高能量的粒子？
粒子加速
粒子加速器
還記得必修三中學過的直線加速器嗎，他的工作原理是怎樣的，它有什么弊端？
直線加速器
02
設電子進入第 n 個圓筒后的速度為 v，根據動能定理有：
得
第 n 個圓筒的長度為
直線加速器占有的空間范圍大，在有限的空間范圍內制造直線加速器受到一定的限制。有沒有什么辦法改進？
回旋加速器
03
1932年美國物理學家勞倫斯發明了回旋加速器，實現了在較小的空間范圍內進行多級加速。觀察結構，并嘗試說明其工作原理？
工作原理：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，這些過程在回旋加速器的核心部件——兩個D形盒和其間的窄縫內完成。
回旋加速器
03
回旋加速器
03
接高頻
電源
狹縫
原理圖
粒子源






回旋加速器要如何設置才能保證電荷被加速？
帶電粒子在D形盒中運行的周期：
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。
回旋加速器
03
粒子加速后的最大速度或最大能量是多少，它們由什么因素決定？跟電壓大小有關系嗎？
粒子最大動能：
（離開半徑與D形盒半徑相同）
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。
回旋加速器
03
帶電粒子加速后速度增大,周期需要改變嗎 如果改變，這將帶來什么技術難關，你覺得如何改進？
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：
一. 質譜儀
二. 回旋加速器
課堂小結
鞏固提升
PART 4
鞏固提升
鞏固提升
答案：AD
鞏固提升
鞏固提升
答案：D
鞏固提升
鞏固提升
第3節 帶電粒子在勻強磁場中的運動
人教版 高中選擇性必修第二冊

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