1、【学习目标】掌握质谱仪和回旋加速器的工作原理【学习重点与难点】掌握质谱仪和回旋加速器的工作原理【使用说明与学法指导】1、带着预习案中问题导学中的问题自主设计预习提纲,通读教材P90-P91页内容,阅读优化训练相关内容,对质谱仪和回旋加速器的工作原理进行梳理,作好必要的标注和笔记。2、认真完成基础知识梳理,在“我的疑惑”处填上自己不懂的知识点,在“我的收获”处填写自己对本课自主学习的知识及方法收获。一、知识梳理1质谱仪(1)结构如图所示(2)S1和S2间存在着_,P1和P2之间的区域存在着相互正交的_和_只有满足v_的带电粒子才能做匀速直线运动通过S0上的狭缝S0下方空间只存在_.带电粒子在该区
2、域做_运动,运动半径为r_,消去v可得带电粒子的荷质比为_.2回旋加速器(1)结构如图所示(2)回旋加速器的核心部件是两个_,其间留有空隙,并加以_,_处于中心O附近,_垂直穿过D形盒表面,由于盒内无电场,离子将在盒内空间做_运动,只有经过两盒的间隙时才受电场作用而被_,随着速度的增加,离子做圆周运动的半径也将增大二、预习自测1、(单选)在回旋加速器中,带电粒子在D形盒内经过半个圆周所需的时间t与下列物理量无关的是()A带电粒子的质量和电荷量 B带电粒子的速度C加速器的磁感应强度 D带电粒子运动的轨道半径2、A、B是两种同位素的原子核,它们具有相同的电荷量、不同的质量为测定它们的质量比,使它们
3、从质谱仪的同一加速电场由静止开始加速,然后沿着与磁场垂直的方向进入同一匀强磁场,打到照相底片上如果从底片上获知A、B在磁场中运动轨迹的直径之比是1.081,求A、B的质量比探究案一、合作探究探究一:质谱仪【例1】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,该粒子恰能竖直通过速度选择器,粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动则:(1)粒子的速度v为多少?(2)速度选择器的电压U2为多少?(3)粒子在磁场B2中做匀速圆周运动的半径R为多大
4、?探究二:回旋加速器【例2】回旋加速器是用来加速带电粒子使其获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D形金属扁盒,两盒分别和一高频交流电源的两极相接,以便在盒间的窄缝中形成匀强电场,使粒子每次穿过窄缝都得到加速,两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,粒子源置于盒的圆心附近,若粒子源射出粒子的电荷量为q、质量为m,粒子的最大回旋半径为Rm,其运动轨迹如图所示,问:(1)粒子在盒内做何种运动?(2)粒子离开加速器时,速度是多大,最大动能为多少?(3)设两D形盒间电场的电势差为U,求加速到上述能量所需的时间(不计粒子在电场中运动的时间)【总结与归纳】1粒子在D形盒中运动的轨道半径,每次都不相同,但周
5、期均_。2两D形盒间所加交流电压的周期与带电粒子做匀速圆周运动的周期是_的。3由上例可以看出,要使粒子射出的动能Ekm增大,就要使磁场的 以及D形盒的 增大,而与加速电压U的大小 (U0),与加速的次数 二、总结整理1、质谱仪的工作原理: 2、回旋加速器的工作原理: 训练案一、课中检测与训练【训练一】(单选)如图所示,场强E的方向竖直向下,磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里,磁感应强度B2的方向垂直纸面向外,在S处有四个二价正离子甲、乙、丙、丁以垂直于场强E和磁感应强度B1的方向射入,若四个离子质量m甲m乙m丙m丁,速度v甲v乙v丙v丁,则运动到P1、P2、P3、P4四个位置的正离子分别为(
6、)A甲乙丙丁 B甲丁乙丙 C丙乙丁甲 D甲乙丁丙【训练二】(双选)回旋加速器是加速带电粒子的装置,要增大带电粒子射出时的动能,则下列说法中正确的是()A增大匀强电场的加速电压 B增大磁场的磁感应强度C减小狭缝间的距离 D增大D形金属盒的半径【训练三】如图所示,回旋加速器D形盒的最大半径为R,匀强磁场垂直穿过D形盒面,两D形盒的间隙为d,一质量为m,带电量为q的粒子每经过间隙时都被加速,加速电压大小为U,粒子从静止开始经多次加速,当速度达到v时,粒子从D形盒的边缘处引出,求:磁场的磁感应强度B的大小带电粒子在磁场中运动的圈数n.粒子在磁场和电场中运动的总时间t.二、课后巩固促提升:熟记重点知识,反思学习思路和方法,整理典型题本。