1.4 质谱仪与回旋加速器 课件-高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册_第1页
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文档简介

1、1.4质谱仪与回旋加速器电离室加速电场偏转磁场照相底片1.电离室中的带电粒子经小孔S1飘入电压为U的加速电场，被加速后经S2、S3的进入磁感应强度为B的偏转电场，最后打到照相底片D上，已知某带电粒子打到照相底片上的点到S3的距离为L，求该粒子的比荷（不计重力）。大量电荷量均为q的带电粒子经电场加速后进入速度选择器（内部磁感应强度为B、电场强度为E），再经小孔P进入磁感应强度为B0的偏转磁场，已知某粒子打到照相底片上的点距小孔P的距离为L，求其质量。 大量的不同带电粒子被分离后打在照相底片的不同地方感光，通过测量感光点与入射点的距离就可以测出圆周运动的半径r，进而可以精确测定带电粒子的比荷（q/

2、m）、测定带电粒子的质量、分析同位素，这种仪器叫做质谱仪。弗朗西斯阿斯顿 在19世纪末，英国物理学家汤姆孙的学生“阿斯顿”就按照这样的想法设计了质谱仪，他用质谱仪发现了氖 20 和氖 22，证实了化学中同位素的存在。现在经过多次改进，质谱仪已经成为一种十分精密的仪器，是粒子物理科学研究和分析同位素的重要工具。 在粒子物理学的研究中，经常需要高能粒子做为“炮弹”去轰击未知原子，以便“打开”其内部结构。那如何才能获得需要的高能粒子呢？ 1.单级加速器Umq粒子获得的能量：Ek=Uq缺点: 受实际能达到的电压限制,所获能量并不太高 由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为：.多级加速器 缺

3、点：为了获得足够高能量，采用多级直线加速器的加速装置要很长很长，所占空间太大。斯坦福直线加速器中心 2英里长的直线加速器速调管大厅电场加速磁场偏转获得高能粒子回旋加速器回旋加速器的构造：粒子源；两个D形盒；匀强磁场；高频电源；粒子引出装置。持续加速条件： 世界上第一台回旋加速器 （劳伦斯）回旋加速器 这就是世界上第一台回旋加速器（4.5英寸），是1931年由美国加利福尼亚州伯克利加州大学劳伦斯跟他人合作研制完成，结构原理可以简化为下面这张图，回旋回速器是由两个D1和D2的中空的半圆形金属盒组成，两盒之间接有交流电源，用于加速带电粒子。两个半圆形盒处于匀强磁场B中，用于回旋带电粒子，实现多次加速

4、功能。美国费米实验室 目前世界上能量最高的超级粒子同步回旋加速器，直径达2公里左右，能量可达500GeV。科学态度和责任例1.如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片。平板S下方有磁感应强度为的匀强磁场。下列表述正确的是()A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小ACAB例3.已知带电粒子的电荷量为q ，质量为m ，加速时狭缝间电压大小恒为U ，磁场的磁感应强度为B ， 形盒的半径为D ，狭缝之间的距离为d 设从粒子源产生的带

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