現(xiàn)代科技中的電磁場（上）年級：高中三年級（下）學(xué)科：物理學(xué)習(xí)目標(biāo)1、質(zhì)譜儀與回旋加速器的構(gòu)造與原理2、質(zhì)譜儀與回旋加速器中物理量的定量計(jì)算1、質(zhì)譜儀“質(zhì)譜儀第一股”禾信儀器：打破國外壟斷，打造科學(xué)儀器領(lǐng)域民族品牌加速區(qū)勻速區(qū)偏轉(zhuǎn)區(qū)一、模型構(gòu)建1、質(zhì)譜儀加速電場：qU＝

mv212由以上兩式可得：一、模型構(gòu)建正電荷2rqvB＝mv2r偏轉(zhuǎn)磁場：

二、學(xué)以致用例題1現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為(

)A．11B．12C．121D．144二、學(xué)以致用例題1現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為

A．11B．12C．121D．144同一電場加速：同一出口離開磁場→半徑相同：相同的軌道半徑和電量(

)二、學(xué)以致用例題1現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁場。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開始被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為

A．11B．12C．121D．144(

)

=k（定值）D二、學(xué)以致用練習(xí)1如圖所示，電荷量相等的兩種離子氖20和氖22從容器下方的狹縫S1飄入(初速度為零)電場區(qū)，經(jīng)電場加速后通過狹縫S2、S3垂直于磁場邊界MN射入勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直紙面向里，離子經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后發(fā)生分離，最終到達(dá)照相底片D上．不考慮離子間的相互作用，則(

)A．電場力對每個(gè)氖20和氖22做的功相等B．氖22進(jìn)入磁場時(shí)的速度較大C．氖22在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑較小D．若加速電壓發(fā)生波動(dòng)，兩種離子打在照相底片上的位置可能重疊二、學(xué)以致用電場力對粒子做的功為W＝qU，則電場力對每個(gè)氖20和氖22做的功相等，A正確；根據(jù)，得，所以氖22(質(zhì)量較大)進(jìn)入磁場時(shí)的速度較小，B錯(cuò)誤；根據(jù)和

得，因?yàn)槟?2質(zhì)量較大，所以氖22在磁場中運(yùn)動(dòng)的半徑較大，C錯(cuò)誤；加速電壓發(fā)生波動(dòng)，根據(jù)，兩種離子打在照相底片上的位置可能重疊(不同時(shí)刻)，D正確．解析：三、模型構(gòu)建我國首臺自主研制的30MeV強(qiáng)流質(zhì)子回旋加速器電場加速區(qū)磁場偏轉(zhuǎn)區(qū)2、回旋加速器三、模型構(gòu)建如圖所示，D1、D2是半圓金屬盒，D形盒處于勻強(qiáng)磁場中，D形盒的縫隙處接交流電源。交變電場加速勻強(qiáng)磁場偏轉(zhuǎn)1．構(gòu)造：三、模型構(gòu)建2．結(jié)論交流電周期和粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相等，使粒子每經(jīng)過一次D形盒縫隙，粒子被加速一次。由于縫隙距離近，粒子運(yùn)動(dòng)速度快，通常我們會(huì)忽略粒子經(jīng)過縫隙的時(shí)間

三、模型構(gòu)建2．結(jié)論最大動(dòng)能：粒子獲得的最大動(dòng)能由磁感應(yīng)強(qiáng)度B和盒半徑R決定，與加速電壓無關(guān)。由和得：三、模型構(gòu)建2．結(jié)論總時(shí)間：粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)一個(gè)周期，被電場加速兩次：每次被電場加速都增加動(dòng)能qU，直到以最大速度離開所以：(忽略粒子在狹縫中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間)四、學(xué)以致用例題2用回旋加速器對粒子進(jìn)行加速，可以獲得高能帶電粒子，兩個(gè)D形盒與電壓有效值為U的高頻交流電源的兩極相連(頻率可調(diào))，在兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，如圖所示，粒子由速度為零開始加速，不計(jì)粒子在兩極板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，關(guān)于回旋加速器的使用，下列說法正確的是(

)A．兩盒間狹縫中交變電場的頻率跟帶電粒子的比荷成正比B．不同的帶電粒子在同一回旋加速器(頻率相同)中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間相同C．帶電粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶電粒子從D形盒射出時(shí)的動(dòng)能與磁場的強(qiáng)弱無關(guān)D．帶電粒子從D形盒射出時(shí)的動(dòng)能與加速電壓的大小無關(guān)四、學(xué)以致用A．兩盒間狹縫中交變電場的頻率跟帶電粒子的比荷成正比B．不同的帶電粒子在同一回旋加速器(