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(共20張PPT)
梁寧 內蒙古師范大學
第4節：質譜儀 回旋加速器
人教版(2019年)高中物理選擇性必修第二冊
第一章 安培力與洛倫茲力
物理也瘋狂
目錄
質譜儀
回旋加速器
配套習題
01.
02.
03.
質譜儀
01.
利用帶電粒子在磁場中的偏轉，由帶電粒子的電荷量、軌道半徑確定其質量的儀器。在科學研究中常用來分析同位素和測量帶電粒子質量。
質譜儀
01.
電離室
加速電場
偏轉磁場
照相底片
速度選擇器
1.電離室：使氣體電離，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：以相同速度進入偏轉磁場
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
質譜儀的構成:
質譜儀
01.
速度：
半徑：
比荷不同的粒子，進入勻強磁場后將沿著不同的半徑做圓周運動，打到照相底片的不同位置。
質譜儀
01.
【課堂練習 】質譜儀原理如圖所示，a為粒子加速器，電壓為U1；b為速度選擇器，磁場與電場正交，磁感應強度為B1，板間距離為d；c為偏轉分離器，磁感應強度為B2。今有一質量為m、電荷量為＋e的正電子(不計重力)，經加速后，該粒子恰能通過速度選擇器，粒子進入分離器后做半徑為R的勻速圓周運動。求：
（1）粒子射出加速器時的速度v為多少？
（2）速度選擇器的電壓U2為多少？
（3）粒子在B2磁場中做勻速圓周運動的半徑R為多大？
質譜儀
01.
（1）在a 中，e 被加速電場U1加速，由動能定理有
，得
（2）在b 中，e 受的電場力和洛倫茲力大小相等，即
，代入v 值得
（3）在c中，e受洛倫茲力作用而做圓周運動，回轉半徑
，代入v 值得
回旋加速器
02.
為了認識原子核內部的情況，必須把核“打開”進行“觀察”。由于原子核被強大的核力約束，需要用極高能量的粒子作為“炮彈”去轟擊，才能把它“打開”。產生這些高能粒子的工具就是各種各樣的粒子加速器。
回旋加速器
02.
靜電力對帶電粒子做正功，粒子的動能會增加，即 ,電壓越高粒子增加的動能越大。該如何產生高壓？
直線加速器
回旋加速器
02.
北京正負電子對撞機
202米
如何設計一種既能實現多次加速，又可以減少占地空間的加速器呢？
歐洲強子對撞磁場加速器
27公里
回旋加速器
02.
1929年，美國物理學家勞倫斯發明回旋加速器，1932年建成世界第一臺回旋加速器。
回旋加速器的構成:
（1）D形金屬盒
（2）交變電場
（3）偏轉磁場
回旋加速器
02.
(1)問題：回旋加速器中磁場和電場分別起什么作用？
磁場的作用是使帶電粒子回旋，電場的作用是使帶電粒子加速。
接高頻
電源
狹縫
原理圖
粒子源
(2)問題：使用前幾章的靜電場可以嗎？
需要使用交變電場
回旋加速器
02.
帶電粒子在磁場中運行的周期
粒子每次運動半圈，電場方向要改變一次
接高頻
電源
狹縫
原理圖
粒子源
與粒子速度大小無關
(3)對交變電場的周期有什么要求？
回旋加速器
02.
（4)帶電粒子獲得的最大速度
(5)帶電粒子獲得的最大動能
由 得粒子獲得的最大速度:
回旋加速器
02.
(6)帶電粒子在回旋加速器中加速的次數？
(n帶電粒子加速的次數)
粒子加速次數：
回旋加速器
02.
(7)帶電粒子在回旋加速器磁場中運動時間是多少？(總時間)
粒子一個周期內被加速兩次
粒子加速次數：
粒子在磁場中運動的時間：
配套習題
03.
例題1
【參考答案】D
如圖所示，質量為m、電荷量為q的粒子，從容器A下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，其初速度幾乎為0，然后經過S3沿著與磁場垂直的方向進入磁感應強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片D上。則粒子在磁場中做勻速圓周運動的軌道半徑為（　　）
A． B．
C． D．
配套習題
03.
例題2
質譜儀是一種測定帶電粒子的質量及分析同位素的重要工具，它的構造原理如圖所示，離子源S產生的各種不同正離子束（速度可看成為零），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。
（1）若離子質量m、電荷量q、加速電壓U、磁感應強度大小B，求x的大小。
（2）氫的三種同位素H、H、H從離子源S出 發，到達照相底片的位置距入口處S1的距離之比xH∶xD∶xT為多少？
配套習題
03.
例題2
答案　（2）1∶∶
答案　（1） 　
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