《質(zhì)譜儀與回旋加速器》探究一質(zhì)譜儀情境探究如圖為質(zhì)譜儀原理示意圖。設(shè)粒子質(zhì)量為m、電荷量為q,加速電場(chǎng)電壓為U,偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。則粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度是多大?打在底片上的位置到S3的距離多大?知識(shí)歸納1.質(zhì)譜儀中帶電粒子運(yùn)動(dòng)分析

2.質(zhì)譜儀區(qū)分同位素

實(shí)例引導(dǎo)例1

如圖所示為質(zhì)譜儀的原理圖。利用這種質(zhì)譜儀可以對(duì)氫元素進(jìn)行測(cè)量。氫元素的各種同位素,從容器A下方的小孔S1進(jìn)入加速電壓為U的加速電場(chǎng),可以認(rèn)為從容器出來(lái)的粒子初速度為零。粒子被加速后從小孔S2進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng),最后打在照相底片D上,形成a、b、c三條質(zhì)譜線(xiàn)。關(guān)于氫的三種同位素進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速率的排列順序和三條譜線(xiàn)的排列順序,下列說(shuō)法中正確的是(

)A.進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)速率從大到小的排列順序是氕、氘、氚B.進(jìn)磁場(chǎng)時(shí)速率從大到小的排列順序是氚、氘、氕C.a、b、c三條譜線(xiàn)的排列順序是氕、氘、氚D.a、b、c三條譜線(xiàn)的排列順序是氘、氚、氕答案

A變式訓(xùn)練

1(多選)如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖,帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后,進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度和勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度分別為B和E。平板S上有可讓粒子通過(guò)的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。下列表述正確的是(

)A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P,粒子的比荷越小

答案

ABC探究二回旋加速器情境探究下圖是回旋加速器的原理圖,已知D形盒的半徑為R,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,交流電源的周期為T(mén),若用該回旋加速器來(lái)加速質(zhì)子,設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m,電荷量為q,請(qǐng)思考:(1)回旋加速器中磁場(chǎng)和電場(chǎng)分別起什么作用?質(zhì)子每次經(jīng)過(guò)狹縫時(shí),動(dòng)能的增加量是多少?(2)對(duì)交流電源的周期有什么要求?(3)帶電粒子獲得的最大動(dòng)能由哪些因素決定?要點(diǎn)提示

(1)磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子回旋,電場(chǎng)的作用是使帶電粒子加速。動(dòng)能的增加量為qU。(2)交流電源的周期應(yīng)等于帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期。(3)粒子的最大動(dòng)能決定于磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑R。當(dāng)帶電粒子速知識(shí)歸納回旋加速器

1.粒子被加速的條件交流電源的周期等于粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期。

粒子到狹縫總被加速

2.粒子最終的能量

3.提高粒子的最終能量的措施

4.粒子被加速次數(shù)的計(jì)算

5.粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間

要點(diǎn)筆記

粒子最終獲得的動(dòng)能與加速電壓U無(wú)關(guān),加速電壓U的大小影響粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和被加速的次數(shù)。實(shí)例引導(dǎo)例2

(多選)一個(gè)用于加速質(zhì)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形盒面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,兩盒分別與交流電源相連。設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為q,則下列說(shuō)法正確的是(

)B.質(zhì)子被加速后的最大速度隨B、R的增大而增大C.質(zhì)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(zhì)子的速度可以被加速到任意值答案

AB變式訓(xùn)練

2(多選)如圖所示,回旋加速器是用來(lái)加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的裝置,其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒,置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,兩盒分別與高頻電源相連。下列說(shuō)法正確的有(

)A.粒子被加速后的最大速度隨磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形盒的半徑的增