高考物理第一章-质谱仪与回旋加速器课件

4质谱仪与回旋加速器第一章

安培力与洛伦兹力4质谱仪与回旋加速器第一章安培力与洛伦兹力1.知道质谱仪的构造及工作原理，会确定粒子在磁场中运动的半径，

会求粒子的比荷.2.知道回旋加速器的构造及工作原理，知道交流电的周期与粒子在

磁场中运动的周期之间的关系，知道决定粒子最大动能的因素.学习目标1.知道质谱仪的构造及工作原理，会确定粒子在磁场中运动的半径知识梳理重点探究随堂演练课时对点练内容索引NEIRONGSUOYIN知识梳理重点探究随堂演练课时对点练内容索引NEIRONGSU知识梳理1.质谱仪构造：主要构件有加速

、偏转

和照相底片.2.运动过程(如图1)一、质谱仪图1电场磁场知识梳理1.质谱仪构造：主要构件有加速qU(2)垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做匀速圆周运动，r＝_____，可得r＝___________.3.分析：从粒子打在底片D上的位置可以测出圆周的半径r，进而可以算出粒子的

.比荷qU(2)垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做匀速圆周运动1.回旋加速器的构造：两个D形盒，两D形盒接

流电源，D形盒处于垂直于D形盒的匀强

中，如图2.2.工作原理(1)电场的特点及作用特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在

的电场.作用：带电粒子经过该区域时被

.二、回旋加速器图2交磁场周期性变化加速1.回旋加速器的构造：两个D形盒，两D形盒接流电(2)磁场的特点及作用特点：D形盒处于与盒面垂直的

磁场中.作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做

运动，从而改变运动

，

圆周后再次进入电场.匀强匀速圆周方向半个(2)磁场的特点及作用匀强匀速圆周方向半个判断下列说法的正误.(1)质谱仪工作时，在电场和磁场确定的情况下，同一带电粒子在磁场中的半径相同.(

)(2)因不同原子的质量不同，所以同位素在质谱仪中的轨迹半径不同.(

)(3)利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子的最终速度，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R.(

)(4)增大两D形盒间的电压，可以增大带电粒子所获得的最大动能.(

)即学即用√√×√判断下列说法的正误.即学即用√√×√导学探究

如图3所示为质谱仪原理示意图.设粒子质量为m、电荷量为q，加速电场电压为U，偏转磁场的磁感应强度为B，粒子从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，其初速度几乎为0.则粒子进入磁场时的速度是多大？打在底片上的位置到S3的距离多大？一、质谱仪重点探究图3导学探究如图3所示为质谱仪原理示意图.设粒子质量为m、电荷高考物理第一章-质谱仪与回旋加速器课件知识深化1.加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得2.偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得知识深化1.加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得例1

(2018·全国卷Ⅲ)如图4，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直.已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1，并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l.不计重力影响和离子间的相互作用.求：(1)磁场的磁感应强度大小；图4例1(2018·全国卷Ⅲ)如图4，从离子源产生的甲、乙两种解析设甲种离子所带电荷量为q1、质量为m1，在磁场中做匀速圆周运动的半径为R1，磁场的磁感应强度大小为B，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有由几何关系知2R1＝l③解析设甲种离子所带电荷量为q1、质量为m1，在磁场中做匀速(2)甲、乙两种离子的比荷之比.答案1∶4(2)甲、乙两种离子的比荷之比.答案1∶4解析设乙种离子所带电荷量为q2、质量为m2，射入磁场的速度为v2，在磁场中做匀速圆周运动的半径为R2.由①②③⑤⑥⑦式得，甲、乙两种离子的比荷之比为解析设乙种离子所带电荷量为q2、质量为m2，射入磁场的速度针对训练1

(2019·济南市模拟)速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束，其运动轨迹如图5所示，其中S0A＝

S0C，则下列说法正确的是图5√针对训练1(2019·济南市模拟)速度相同的一束粒子由左端解析由左手定则可判定甲束粒子带负电，乙束粒子带正电，A错误；由题图可知r甲<r乙，所以甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷，B正确；若甲、乙两束粒子的电荷量相等，解析由左手定则可判定甲束粒子带负电，乙束粒子带正电，A错误导学探究

回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？对交流电源的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？二、回旋加速器答案磁场的作用是使带电粒子回旋，电场的作用是使带电粒子加速.交流电源的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周期.当带电粒子速度最大时，其运动半径也最大，所以要提高带电粒子获得的最大动能，则应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径rm.导学探究回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？对交流电源的回旋加速器两D形盒之间有窄缝，中心附近放置粒子源(如质子、氘核或α粒子源)，D形盒间接上交流电源，在狭缝中形成一个交变电场.D形盒上有垂直盒面的匀强磁场(如图6所示).知识深化图6回旋加速器两D形盒之间有窄缝，中心附近放置粒子源(如质子、氘(1)电场的特点及作用特点：周期性变化，其周期等于粒子在磁场中做圆周运动的周期.作用：对带电粒子加速，粒子的动能增大，qU＝ΔEk.(2)磁场的作用改变粒子的运动方向.粒子在一个D形盒中运动半个周期，运动至狭缝进入电场被加速.磁场中因此加速后的轨迹半径要大于加速前的轨迹半径.(1)电场的特点及作用因此加速后的轨迹半径要大于加速前的轨迹(4)两D形盒窄缝所加的交流电源的周期与粒子做圆周运动的周期相同，粒子经过窄缝处均被加速，一个周期内加速两次.(4)两D形盒窄缝所加的交流电源的周期与粒子做圆周运动的周期例2

回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒内的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rmax.求：(1)粒子在盒内做何种运动；答案

见解析解析带电粒子在盒内做匀速圆周运动，每次加速之后半径变大.例2回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪(2)所加交流电源频率及粒子角速度；解析粒子在电场中运动时间极短，因此所加交流电源频率要符合粒子回旋频率，(2)所加交流电源频率及粒子角速度；解析粒子在电场中运动时(3)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能.(3)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能.针对训练2

(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图7所示.设D形盒半径为R，若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f，则下列说法正确的是A.质子被加速后的最大速度不可能超过2πfRB.质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C.只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D.不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子图7√√针对训练2(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部联立解得质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR，选项A、B正确，C错误；不改变B和f，该回旋加速器不能用于加速α粒子，选项D错误.联立解得质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR，选项A、B1.(质谱仪)质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备，它的构造原理图如图8所示.粒子源S产生的各种不同正粒子束(速度可视为零)，经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点.设P到S1的距离为x，则A.若粒子束是同位素，则x越大对应的粒子质量越小B.若粒子束是同位素，则x越大对应的粒子质量越大C.只要x相同，对应的粒子质量一定相等D.只要x相同，对应的粒子的电荷量一定相等123随堂演练√图81.(质谱仪)质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要123解析粒子在加速电场中做加速运动，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，若粒子束是同位素，则q相同而m不同，x越大对应的粒子质量越大，故A错误，B正确.123解析粒子在加速电场中做加速运动，粒子在磁场中做匀速圆123粒子质量和电荷量不一定相等，故C、D错误.123粒子质量和电荷量不一定相等，故C、D错误.2.(回旋加速器)如图9所示，两个处于同一匀强磁场中的相同的回旋加速器，分别接在加速电压U1和U2的高频电源上，且U1>U2，两个相同的带电粒子分别从这两个加速器的中心由静止开始运动，设两个粒子在加速器中的运动的时间分别为t1和t2(在盒缝间加速时间忽略不计)，获得的最大动能分别为Ek1和Ek2，则A.t1<t2，Ek1>Ek2 B.t1＝t2，Ek1<Ek2C.t1<t2，Ek1＝Ek2 D.t1>t2，Ek1＝Ek2123√图92.(回旋加速器)如图9所示，两个处于同一匀强磁场中的相同的粒子获得的最大动能只与磁感应强度和D形盒的半径有关，所以Ek1＝Ek2，设粒子在加速器中绕行的圈数为n，则Ek＝2nqU，由以上关系可知n与加速电压U成反比，由于U1>U2，则n1<n2，而t＝nT，T不变，所以t1<t2，故A、B、D错误，C正确.123解析粒子在磁场中做匀速圆周运动，粒子获得的最大动能只与磁感应强度和D形盒的半径有关，123解3.(回旋加速器)(多选)(2020·历城二中模拟)回旋加速器的工作原理如图10所示，真空容器D形盒放在与盒面垂直的匀强磁场中，且磁感应强度B保持不变.两盒间狭缝间距很小，粒子从粒子源A处(D形盒圆心)进入加速电场(初速度近似为零).D形盒半径为R，粒子质量为m、电荷量为＋q，加速器接电压为U的高频交流电源.若相对论效应、粒子所受重力和带电粒子穿过狭缝的时间均不考虑.下列论述正确的是123图10√√3.(回旋加速器)(多选)(2020·历城二中模拟)回旋加速解析根据回旋加速器的原理，每转一周粒子被加速两次，交流电完成一次周期性变化，粒子做圆周运动洛伦兹力提供向心力，123可知交流电源的频率不可以任意调节，故A错误；解析根据回旋加速器的原理，每转一周粒子被加速两次，交流电完故两次所接高频电源的频率相同，故B错误；粒子加速后的最大轨道半径等于D形盒的半径，洛伦兹力提供向心力，123粒子完成一次圆周运动被电场加速2次，由动能定理得：2nqU＝Ekm，可见U越大，t越小，故D正确.故两次所接高频电源的频率相同，故B错误；123粒子完成一次圆考点一质谱仪1.如图1所示为质谱仪的示意图，速度选择器(也称滤速器)中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外.在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，若m甲＝m乙<m丙＝m丁，v甲<v乙＝v丙<v丁，在不计重力的情况下，则打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是A.甲、乙、丙、丁 B.甲、丁、乙、丙C.丙、丁、乙、甲 D.甲、乙、丁、丙√基础对点练课时对点练123456图1考点一质谱仪√基础对点练课时对点练123456图1123456解析离子带正电，电荷量为e，规定向下为正方向，其刚进入速度选择器时受力F＝eE－eB1v，为使离子受力平衡，根据题图可知有两个离子满足条件，这两个离子的速度相等，为乙和丙，所以乙和丙穿过了速度选择器，到达分离器，在分离器中，离子做匀速圆周运动，123456解析离子带正电，电荷量为e，规定向下为正方向，123456由于乙、丙的速度相同，则质量越大的离子运动半径越大，即乙打在P3点，丙打在P4点；根据受力情况，在水平金属板之间时，初始速度越大，粒子向上偏转，反之向下偏转，所以丁打在P2点，甲打在P1点，故B项正确.123456由于乙、丙的速度相同，则质量越大的离子运动半径越2.(多选)如图2所示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大小分别为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A1A2.平板S下方有磁感应强度为B0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外123456√图2√√2.(多选)如图2所示是质谱仪的工作原理示意图.带电粒子被加解析互为同位素的原子其化学性质几乎完全相同，无法用化学方法进行分析，故质谱仪就成为分析同位素的重要工具，A正确；在速度选择器中，带电粒子所受电场力和洛伦兹力在粒子沿直线运动时应等大反向，结合左手定则可知B正确；123456故粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大，D错误.解析互为同位素的原子其化学性质几乎完全相同，123456故考点二回旋加速器3.关于回旋加速器在实际中的应用，下列说法不正确的是A.电场的变化周期等于带电粒子在磁场中的运动周期B.带电粒子每经过D形盒的缝隙一次就加速一次，加速后在磁场中做匀

速圆周运动的周期不变C.带电粒子经过回旋加速器加速，能量不能无限增大D.带电粒子的最大动能仅与带电粒子本身和D形盒半径有关123456√考点二回旋加速器123456√123456解析由回旋加速器原理易知，A对；可知最大动能与q、B、m以及D形盒的半径R有关，获得的能量不能无限增大，C对，D错.123456解析由回旋加速器原理易知，A对；可知最大动能与4.如图3甲所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连.带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断中正确的是A.在Ek－t图像中应有t4－t3<t3－t2<t2－t1B.加速电压越大，粒子最后获得的动能就越大C.粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大D.要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的面积123456图3√4.如图3甲所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核解析带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度大小无关，因此，在Ek－t图中应有t4－t3＝t3－t2＝t2－t1，故A错误；粒子获得的最大动能与加速电压无关，加速电压越小，粒子加速次数就越多，123456即粒子获得的最大动能决定于D形盒的半径，当轨道半径r与D形盒半径R相等时就不能继续加速，故B、C错误，D正确.解析带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度大小无关小为E.由粒子源发出一质量为m、电荷量为q的正离子(初速度为零，重力不计)，经加速电场加速后，垂直场强方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿中心线做匀速圆周运动，而后由S点沿着既垂直于静电分析器的左边界，又垂直于磁场的方向射入磁场中，最终打到胶片上的某点.下列说法中正确的是123456图4能力综合练5.(多选)如图4所示为某种质谱仪的工作原理示意图.此质谱仪由以下几部分构成：粒子源N；P、Q间的加速电场；静电分析器；磁感应强度为B的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外；胶片M.若静电分析器通道中心线半径为R，通道内的均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E.由粒子源发出一质量为m、电荷量为q的正离子(初速度为C.若一质量为4m、电荷量为q的正离子加速

后进入静电分析器，离子不能从S点射出D.若一群离子经过上述过程打在胶片上同一点，则这些离子具有相同的

比荷√123456√C.若一质量为4m、电荷量为q的正离子加速√123456√123456解析离子在加速电场中加速，根据动能定理，有电场中的偏转过程，电场力提供向心力，根据牛顿第二定律，有磁场中的偏转过程，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有123456解析离子在加速电场中加速，根据动能定理，有电场123456所有粒子都可以在弧形电场区通过；故A、D正确，B、C错误.123456所有粒子都可以在弧形电场区通过；故A、D正确，B6.一台质谱仪的工作原理如图5所示，电荷量均为＋q、质量不同的离子飘入电压为U0的加速电场，其初速度几乎为零.这些离子经加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，最后打在底片上，已知放置底片的区域MN＝L，且OM＝L.某次测量发现MN中左侧

区域MQ损坏，检测不到离子，但右侧

区域QN仍能正常检测到离子.在适当调节加速电压后，原本打在MQ的离子即可在QN检测到.123456图5(1)求原本打在MN中点P的离子的质量m；答案见解析6.一台质谱仪的工作原理如图5所示，电荷量均为＋q、质量不同123456123456(2)为使原本打在P的离子能打在QN区域，求加速电压U的调节范围.123456答案见解析(2)为使原本打在P的离子能打在QN区域，求加速电压U的调节123456123456本课结束本课结束4质谱仪与回旋加速器第一章

安培力与洛伦兹力4质谱仪与回旋加速器第一章安培力与洛伦兹力1.知道质谱仪的构造及工作原理，会确定粒子在磁场中运动的半径，

会求粒子的比荷.2.知道回旋加速器的构造及工作原理，知道交流电的周期与粒子在

磁场中运动的周期之间的关系，知道决定粒子最大动能的因素.学习目标1.知道质谱仪的构造及工作原理，会确定粒子在磁场中运动的半径知识梳理重点探究随堂演练课时对点练内容索引NEIRONGSUOYIN知识梳理重点探究随堂演练课时对点练内容索引NEIRONGSU知识梳理1.质谱仪构造：主要构件有加速

、偏转

和照相底片.2.运动过程(如图1)一、质谱仪图1电场磁场知识梳理1.质谱仪构造：主要构件有加速qU(2)垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做匀速圆周运动，r＝_____，可得r＝___________.3.分析：从粒子打在底片D上的位置可以测出圆周的半径r，进而可以算出粒子的

.比荷qU(2)垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做匀速圆周运动1.回旋加速器的构造：两个D形盒，两D形盒接

流电源，D形盒处于垂直于D形盒的匀强

中，如图2.2.工作原理(1)电场的特点及作用特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在

的电场.作用：带电粒子经过该区域时被

.二、回旋加速器图2交磁场周期性变化加速1.回旋加速器的构造：两个D形盒，两D形盒接流电(2)磁场的特点及作用特点：D形盒处于与盒面垂直的

磁场中.作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做

运动，从而改变运动

，

圆周后再次进入电场.匀强匀速圆周方向半个(2)磁场的特点及作用匀强匀速圆周方向半个判断下列说法的正误.(1)质谱仪工作时，在电场和磁场确定的情况下，同一带电粒子在磁场中的半径相同.(

)(2)因不同原子的质量不同，所以同位素在质谱仪中的轨迹半径不同.(

)(3)利用回旋加速器加速带电粒子，要提高加速粒子的最终速度，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R.(

)(4)增大两D形盒间的电压，可以增大带电粒子所获得的最大动能.(

)即学即用√√×√判断下列说法的正误.即学即用√√×√导学探究

如图3所示为质谱仪原理示意图.设粒子质量为m、电荷量为q，加速电场电压为U，偏转磁场的磁感应强度为B，粒子从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，其初速度几乎为0.则粒子进入磁场时的速度是多大？打在底片上的位置到S3的距离多大？一、质谱仪重点探究图3导学探究如图3所示为质谱仪原理示意图.设粒子质量为m、电荷高考物理第一章-质谱仪与回旋加速器课件知识深化1.加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得2.偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得知识深化1.加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得例1

(2018·全国卷Ⅲ)如图4，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直.已知甲种离子射入磁场的速度大小为v1，并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l.不计重力影响和离子间的相互作用.求：(1)磁场的磁感应强度大小；图4例1(2018·全国卷Ⅲ)如图4，从离子源产生的甲、乙两种解析设甲种离子所带电荷量为q1、质量为m1，在磁场中做匀速圆周运动的半径为R1，磁场的磁感应强度大小为B，由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有由几何关系知2R1＝l③解析设甲种离子所带电荷量为q1、质量为m1，在磁场中做匀速(2)甲、乙两种离子的比荷之比.答案1∶4(2)甲、乙两种离子的比荷之比.答案1∶4解析设乙种离子所带电荷量为q2、质量为m2，射入磁场的速度为v2，在磁场中做匀速圆周运动的半径为R2.由①②③⑤⑥⑦式得，甲、乙两种离子的比荷之比为解析设乙种离子所带电荷量为q2、质量为m2，射入磁场的速度针对训练1

(2019·济南市模拟)速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束，其运动轨迹如图5所示，其中S0A＝

S0C，则下列说法正确的是图5√针对训练1(2019·济南市模拟)速度相同的一束粒子由左端解析由左手定则可判定甲束粒子带负电，乙束粒子带正电，A错误；由题图可知r甲<r乙，所以甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷，B正确；若甲、乙两束粒子的电荷量相等，解析由左手定则可判定甲束粒子带负电，乙束粒子带正电，A错误导学探究

回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？对交流电源的周期有什么要求？带电粒子获得的最大动能由哪些因素决定？二、回旋加速器答案磁场的作用是使带电粒子回旋，电场的作用是使带电粒子加速.交流电源的周期应等于带电粒子在磁场中运动的周期.当带电粒子速度最大时，其运动半径也最大，所以要提高带电粒子获得的最大动能，则应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径rm.导学探究回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？对交流电源的回旋加速器两D形盒之间有窄缝，中心附近放置粒子源(如质子、氘核或α粒子源)，D形盒间接上交流电源，在狭缝中形成一个交变电场.D形盒上有垂直盒面的匀强磁场(如图6所示).知识深化图6回旋加速器两D形盒之间有窄缝，中心附近放置粒子源(如质子、氘(1)电场的特点及作用特点：周期性变化，其周期等于粒子在磁场中做圆周运动的周期.作用：对带电粒子加速，粒子的动能增大，qU＝ΔEk.(2)磁场的作用改变粒子的运动方向.粒子在一个D形盒中运动半个周期，运动至狭缝进入电场被加速.磁场中因此加速后的轨迹半径要大于加速前的轨迹半径.(1)电场的特点及作用因此加速后的轨迹半径要大于加速前的轨迹(4)两D形盒窄缝所加的交流电源的周期与粒子做圆周运动的周期相同，粒子经过窄缝处均被加速，一个周期内加速两次.(4)两D形盒窄缝所加的交流电源的周期与粒子做圆周运动的周期例2

回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒内的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rmax.求：(1)粒子在盒内做何种运动；答案

见解析解析带电粒子在盒内做匀速圆周运动，每次加速之后半径变大.例2回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪(2)所加交流电源频率及粒子角速度；解析粒子在电场中运动时间极短，因此所加交流电源频率要符合粒子回旋频率，(2)所加交流电源频率及粒子角速度；解析粒子在电场中运动时(3)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能.(3)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能.针对训练2

(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图7所示.设D形盒半径为R，若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f，则下列说法正确的是A.质子被加速后的最大速度不可能超过2πfRB.质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关C.只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D.不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子图7√√针对训练2(多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部联立解得质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR，选项A、B正确，C错误；不改变B和f，该回旋加速器不能用于加速α粒子，选项D错误.联立解得质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR，选项A、B1.(质谱仪)质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备，它的构造原理图如图8所示.粒子源S产生的各种不同正粒子束(速度可视为零)，经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点.设P到S1的距离为x，则A.若粒子束是同位素，则x越大对应的粒子质量越小B.若粒子束是同位素，则x越大对应的粒子质量越大C.只要x相同，对应的粒子质量一定相等D.只要x相同，对应的粒子的电荷量一定相等123随堂演练√图81.(质谱仪)质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要123解析粒子在加速电场中做加速运动，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，若粒子束是同位素，则q相同而m不同，x越大对应的粒子质量越大，故A错误，B正确.123解析粒子在加速电场中做加速运动，粒子在磁场中做匀速圆123粒子质量和电荷量不一定相等，故C、D错误.123粒子质量和电荷量不一定相等，故C、D错误.2.(回旋加速器)如图9所示，两个处于同一匀强磁场中的相同的回旋加速器，分别接在加速电压U1和U2的高频电源上，且U1>U2，两个相同的带电粒子分别从这两个加速器的中心由静止开始运动，设两个粒子在加速器中的运动的时间分别为t1和t2(在盒缝间加速时间忽略不计)，获得的最大动能分别为Ek1和Ek2，则A.t1<t2，Ek1>Ek2 B.t1＝t2，Ek1<Ek2C.t1<t2，Ek1＝Ek2 D.t1>t2，Ek1＝Ek2123√图92.(回旋加速器)如图9所示，两个处于同一匀强磁场中的相同的粒子获得的最大动能只与磁感应强度和D形盒的半径有关，所以Ek1＝Ek2，设粒子在加速器中绕行的圈数为n，则Ek＝2nqU，由以上关系可知n与加速电压U成反比，由于U1>U2，则n1<n2，而t＝nT，T不变，所以t1<t2，故A、B、D错误，C正确.123解析粒子在磁场中做匀速圆周运动，粒子获得的最大动能只与磁感应强度和D形盒的半径有关，123解3.(回旋加速器)(多选)(2020·历城二中模拟)回旋加速器的工作原理如图10所示，真空容器D形盒放在与盒面垂直的匀强磁场中，且磁感应强度B保持不变.两盒间狭缝间距很小，粒子从粒子源A处(D形盒圆心)进入加速电场(初速度近似为零).D形盒半径为R，粒子质量为m、电荷量为＋q，加速器接电压为U的高频交流电源.若相对论效应、粒子所受重力和带电粒子穿过狭缝的时间均不考虑.下列论述正确的是123图10√√3.(回旋加速器)(多选)(2020·历城二中模拟)回旋加速解析根据回旋加速器的原理，每转一周粒子被加速两次，交流电完成一次周期性变化，粒子做圆周运动洛伦兹力提供向心力，123可知交流电源的频率不可以任意调节，故A错误；解析根据回旋加速器的原理，每转一周粒子被加速两次，交流电完故两次所接高频电源的频率相同，故B错误；粒子加速后的最大轨道半径等于D形盒的半径，洛伦兹力提供向心力，123粒子完成一次圆周运动被电场加速2次，由动能定理得：2nqU＝Ekm，可见U越大，t越小，故D正确.故两次所接高频电源的频率相同，故B错误；123粒子完成一次圆考点一质谱仪1.如图1所示为质谱仪的示意图，速度选择器(也称滤速器)中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外.在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，若m甲＝m乙<m丙＝m丁，v甲<v乙＝v丙<v丁，在不计重力的情况下，则打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是A.甲、乙、丙、丁 B.甲、丁、乙、丙C.丙、丁、乙、甲 D.甲、乙、丁、丙√基础对点练课时对点练123456图1考点一质谱仪√基础对点练课时对点练123456图1123456解析离子带正电，电荷量为e，规定向下为正方向，其刚进入速度选择器时受力F＝eE－eB1v，为使离子受力平衡，根据题图可知有两个离子满足条件，这两个离子的速度相等，为乙和丙，所以乙和丙穿过了速度选择器，到达分离器，在分离器中，离子做匀速圆周运动，123456解析离子带正电，电荷量为e，规定向下为正方向，123456由于乙、丙的速度相同，则质量越大的离子运动半径越大，即乙打在P3点，丙打在P4点；根据受力情况，在水平金属板之间时，初始速度越大，粒子向上偏转，反之向下偏转，所以丁打在P2点，甲打在P1点，故B项正确.123456由于乙、丙的速度相同，则质量越大的离子运动半径越2.(多选)如图2所示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大小分别为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A1A2.平板S下方有磁感应强度为B0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外123456√图2√√2.(多选)如图2所示是质谱仪的工作原理示意图.带电粒子被加解析互为同位素的原子其化学性质几乎完全相同，无法用化学方法进行分析，故质谱仪就成为分析同位素的重要工具，A正确；在速度选择器中，带电粒子所受电场力和洛伦兹力在粒子沿直线运动时应等大反向，结合左手定则可知B正确；123456故粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大，D错误.解析互为同位素的原子其化学性质几乎完全相同，123456故考点二回旋加速器3.关于回旋加速器在实际中的应用，下列说法不正确的是A.电场的变化周期等于带电粒子在磁场中的运动周期B.带电粒子每经过D形盒的缝隙一次就加速一次，加速后在磁场中做匀

速圆周运动的周期不变C.带电粒子经过回旋加速器加速，能量不能无限增大D.带电粒子的最大动能仅与带电粒子本身和D形盒半径有关123456√考点二回旋加速器123456√123456解析由回旋加速器原理易知，A对；可知最大动能与q、B、m以及D形盒的半径R有关，获得的能量不能无限增大，C对，D错.123456解析由回旋加速器原理易知，A对；可知最大动能与4.如图