1.4質(zhì)譜儀和回旋加速器引入在科學研究和工業(yè)生產(chǎn)中，常需要將一束同位素（電荷數(shù)相同，質(zhì)量數(shù)不同）的粒子分開，以便知道其中所含物質(zhì)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(zhì)量不同的帶電粒子嗎？如何讓粒子獲得速度呢？先在電場中加速，再在電場中偏轉(zhuǎn)可以嗎？右側(cè)粒子源A可釋放初速度可認為0，質(zhì)量m,電荷量q的帶正電的粒子,經(jīng)加速電壓U加速后垂直進入磁感應強度為B的勻強磁場,最后打在照相機底片，求帶電粒子的軌跡半徑，并指出，根據(jù)半徑可得到帶電粒子的什么？任務一：理解質(zhì)譜儀的原理比荷不同的同位素，在底片上出現(xiàn)一系列的分立的亮線，這就稱為質(zhì)譜線或譜線。任務一：理解質(zhì)譜儀的原理19世紀末，湯姆孫的學生阿斯頓就按照這樣的想法設計了質(zhì)譜儀，并用質(zhì)譜儀發(fā)現(xiàn)了氖-20和氖-22，證實了同位素的存在。1922獲得諾貝爾化學獎。后來經(jīng)過多次改進，質(zhì)譜儀已經(jīng)成為一種十分精密的儀器，是科學研究和工業(yè)生產(chǎn)中的重要工具。任務二：理解回旋加速器的原理如何研究原子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)？如何拆開原子？如何加速度粒子？直線多級加速度器。各加速區(qū)的兩板之間用獨立供電、加速器長度很長。美國斯坦福直線粒子加速器長3km問題：如何縮短加速裝置的尺寸呢？任務二：理解回旋加速器的原理問題：如何縮短加速裝置的尺寸呢？加速一次，粒子重新轉(zhuǎn)回來……往復“轉(zhuǎn)圈圈”式地被加速，加速器裝置所占的空間不是會大大縮小嗎？什么場可以讓帶電粒子“轉(zhuǎn)圈圈”？任務二：理解回旋加速器的原理BB回旋加速器若加速電壓為U,磁感應強度為B，D型盒的半徑為R，帶點粒子的質(zhì)量m，質(zhì)量為q，D型盒之間的距離為d，討論以下問題：粒子從哪里進入電場開始加速（中心or邊緣）最大速度為多少？不考慮相對論效應和粒子加速的時間，則加速電場變化的周期為多少？BB若加速電壓為U,磁感應強度為B，D型盒的半徑為R，帶點粒子的質(zhì)量m，質(zhì)量為q，D型盒之間的距離為d，討論以下問題：粒子被加速的次數(shù)？整個過程運動的時間？（總時間遠大于單次的時間）增加加速電壓，能否增加粒子的最大速度？加速電壓的大小粒子運動產(chǎn)生的影響?BB資料大型強子對撞機（LargeHadronCollider，LHC）是粒子物理科學家為了探索新的粒子，和微觀量化粒子的‘新物理’機制設備，是一種將質(zhì)子加速對撞的高能物理設備。2008年9月10日，對撞機初次啟動進行測試。埃文斯將手指放在鼠標上，親自點擊啟動了首次測試。這次測試是研究人員將一個質(zhì)子束以順時針方向注入到加速器中，讓其加速到99.9998%光速的超快速度，從而使此質(zhì)子束在全長27公里的環(huán)形隧道中以每秒11245圈的速度狂飆。這一幕通過網(wǎng)絡視頻向世界進行了直播，還有300多名記者來到此實驗室目睹測試過程。(多選)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖所示，要增大帶電粒子射出時的動能，則下列說法中正確的是(

)A．增大勻強電場間的加速電壓B．增大磁場的磁感應強度C．增加周期性變化的電場的頻率D．增大D形金屬盒的半徑BD

(多選)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都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中，如圖所示．設D形盒半徑為R，若用回旋加速器加速質(zhì)子時，勻強磁場的磁感應強度為B，高頻交流電頻率為f，則下列說法正確的是(

)A．質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2πfRB．質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小無關C．只要R足夠大，質(zhì)子的速度可以被加速到任意值D．不改變B和f，該回旋加速器也能用于加速α粒子

（3）假設離子到達x軸時沿x軸均勻分布。當θ=37°，磁感應強度在B0≤B≤3B0的區(qū)間取不同值時，求單位時間內(nèi)收集板收集到的離子數(shù)n與磁感應強度B之間的關系。（不計離子在磁場中運動的時間）其他科技應用1、帶電粒子能通過小孔，不計粒子重力，求帶電粒子必須滿足什么條件?2、等速率的負電荷能通過嗎？1、速度選擇器2、磁流體發(fā)電機平行金屬板A、B之間有一個很強的磁場，將一束等離子體（即高溫下電離的氣體，含有大量正、負帶電粒子）噴入磁場，A、B兩板間便產(chǎn)生電壓。如果把A、B和用電器連接，A、B就是一個直流電源的兩個電極。（1）A、B板哪一個是電源的正極?（2）若兩板相距為d，板間的磁感應強度為

B，等離子體以速度

v沿垂直于B

的方向射入磁場，這個發(fā)電機的電動勢是多大？如圖所示，將一束等離子體射入磁場，在場中有兩塊金屬板A、B，這時金屬板上就會聚集電荷，產(chǎn)生電壓．如果射入的等離子體速度均為v，兩金屬板的板長為L，板間距離為d，板平面的面積為S，勻強磁場的磁感應強度為B，方向垂直于速度方向，負載電阻為R，電離氣體充滿兩板間的空間．當發(fā)電機穩(wěn)定發(fā)電時，電流表示數(shù)為I，那么板間電離氣體的電阻率為？3、電磁流量計已知管壁a、b的電勢差為U，a、b距離為d，磁感應強度為B，管道直徑為d，求液體的流量？（即單位時間內(nèi)流過截面的體積）注意：液體中的正負離子以相同速度進入復合場！流量計是如圖所示的橫截面為長方形的一段管道，其中空部分的長、寬、高分別為圖中的a、b、c.流量計的兩端與輸送流體的管道相連接(圖中虛線)．圖中流量計的上、下兩面是金屬材料，前、后兩面是絕緣材料．現(xiàn)于流量計所在處加磁感應強度為B的勻強磁場，磁場方向垂直于前、后兩面．當導電流體穩(wěn)定地流經(jīng)流量計時，在管外將流量計上、下兩表面分別與一串接了電阻R的電流表的兩端連接，I表示測得的電流值．已知流體的電阻率為ρ，不計電流表的內(nèi)阻，則可求得流量為？4、霍爾效應如圖所示，一定厚度和寬度的導體板放在勻強磁場中，當導體板通過一定電流，且電流與磁場方向垂直時，在導體板的上側(cè)面A和下側(cè)面A′之間會產(chǎn)生一定的電勢差UH，這種現(xiàn)象稱為霍爾效應。（1）若圖中的電流I是電子的定向運動產(chǎn)生的，則導體板上、下兩個側(cè)面中，哪個電勢高？若改成正電荷呢？什么不變，什么變化了？

4、霍爾效應（3）由上問的結(jié)論可知，在I、n、e、d都相同的情況下，UH與B成正比，由UH的數(shù)值可以比較B的大小，因此可以把這種導體板做成磁敏元件。試問：用這種磁敏元件探測某空間的磁場時，磁敏元件擺放的方向?qū)H是否有影響？如果把這種導體板上、下側(cè)面間的電壓進行線性放大顯示，用它做成的磁傳感器的示數(shù)是否跟被測磁感應強度有線性關系？圖是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖。帶電粒子a、b經(jīng)電壓U加速（在A點初速度為零）后，進入磁感應強度為B的勻強磁場做勻速圓周運動，最后分別打在感光板S上的x1、x2處。圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的路徑，則()A．若a與b有相同的質(zhì)量，打在感光板上時，b的速度比a大B．若a與b有相同的質(zhì)量，但a的電量比b的電量小C．若a與b有相同的電量，但a的質(zhì)量比b的質(zhì)量大D．若a與b有相同的電量，但a的質(zhì)量比b的質(zhì)量小xx1x2abBAUvSD

UNG加速電場偏轉(zhuǎn)磁場MH甲NGM乙NGM乙解:（1）

粒子經(jīng)過電場加速，進入偏轉(zhuǎn)磁場時速度為v

有①進入磁場后做圓周運動，軌道半徑為r②打到H點有③

由①②③得（2）要保證所有粒子都不能打到MN邊界上，粒子在磁場中運動偏角小于90°,臨界狀態(tài)為90°,如圖所示，磁場區(qū)半徑NGM所以磁場區(qū)域半徑滿足題目某制藥廠的污水處理站的管道中安裝了如圖所示的流量計,該裝置由絕緣材料制成,長、寬、高分別為a、b、c,左右兩端開口,在垂直于上下底面方向加磁感應強度為B的勻強磁場,在前后兩個面的內(nèi)側(cè)固定有金屬板作為電極,當含有大量正負離子（其重力不計）的污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時,利用電壓表所