质谱仪与回旋加速器+-2025-2026学年高二下学期物理人教版选择性必修第二册

第一章

安培力与洛伦兹力第4节质谱仪与回旋加速器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。在科学研究和工业生产中，常需要将一束带等量电荷的粒子分开，以便知道其中所含物质的成份。我们能否利用所学的知识，来设计一个方案，如何分离不同比荷的带电粒子？1.质谱仪

19世纪末，弗朗西斯·威廉·阿斯顿按照这样的想法设计了质谱仪，并用质谱仪发现了氖-20和氖-22，证实了同位素的存在。后来经过多次改进，质谱仪已经成为一种十分精密的仪器，是科学研究和工业生产中的重要工具。弗朗西斯·威廉·阿斯顿FrancisWilliamAston1.质谱仪电离室加速电场偏转磁场照相底片速度选择器1.电离室：使气体电离，产生带电粒子2.加速电场：使带电粒子获得速度3.粒子速度选择器：以相同速度进入偏转磁场4.偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离5.照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径质谱仪的构成:1.质谱仪加速电场U1：偏转磁场B：偏转的距离为x电离室加速电场照相底片1.质谱仪1.质谱仪

在粒子物理学的研究中，经常需要高能粒子做“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？2.回旋加速器

静电力对带电粒子做正功，粒子的动能会增加，即,电压越高粒子增加的动能越大。该如何产生高压？直线加速器2.回旋加速器北京正负电子对撞机202米如何设计一种既能实现多次加速，又可以减少占地空间的加速器呢？欧洲强子对撞磁场加速器

27公里2.回旋加速器1929年，美国物理学家劳伦斯发明回旋加速器，1932年建成世界第一台回旋加速器。回旋加速器的构成:（1）D形金属盒（2）交变电场（3）偏转磁场2.回旋加速器2.回旋加速器(1)问题：回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？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。接高频电源狭缝原理图粒子源

(2)问题：使用前几章的静电场可以吗？需要使用交变电场2.回旋加速器带电粒子在磁场中运行的周期粒子每次运动半圈，电场方向要改变一次接高频电源狭缝原理图粒子源

与粒子速度大小无关(3)对交变电场的周期有什么要求？2.回旋加速器（4)带电粒子获得的最大速度(5)带电粒子获得的最大动能由

得粒子获得的最大速度:2.回旋加速器(6)带电粒子在回旋加速器中加速的次数？(n带电粒子加速的次数)粒子加速次数：2.回旋加速器(7)带电粒子在回旋加速器磁场中运动时间是多少？(总时间)粒子一个周期内被加速两次粒子加速次数：粒子在磁场中运动的时间：2.回旋加速器

D2、质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1；b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d；c为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质量为m、电荷量为＋e的正电子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动。求：（1）粒子射出加速器时的速度v为多少？（2）速度选择器的电压U2为多少？（3）粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？

（1）在a中，e被加速电场U1加速，由动能定理有，得（2）在b中，e受的电场力和洛伦兹力大小相等，即，代入v值得（3）在