人教版（2019）選擇性必修第二冊 質(zhì)譜儀與回旋加速器 課前導(dǎo)學(xué)案（含答案）

2022-2023學(xué)年人教版（2019）選擇性必修第二冊1.4質(zhì)譜儀與回旋加速器課前導(dǎo)學(xué)案（含答案）基礎(chǔ)知識導(dǎo)學(xué)一、質(zhì)譜儀1.定義：質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具。

2.構(gòu)造：①帶電粒子發(fā)射器；②加速電場(U）；③速度選擇器()；④

偏轉(zhuǎn)磁場()；⑤照相底片。（點撥：進(jìn)入右側(cè)磁場中的粒子速度相同，電性相同。）

3.工作原理：設(shè)加速電壓為U，速度選擇器內(nèi)電場強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，偏轉(zhuǎn)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為，有，v不全相同，只有的粒子才被選出進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場，根據(jù)牛頓第二定律得關(guān)系式，由上述式子可得出需要研究的物理量，如粒子軌道半徑、粒子質(zhì)量、比荷，。二、回旋加速器1.構(gòu)造：回旋加速器的核心部件是兩個D形扁金屬盒，整個裝置放在真空容器中，如圖所示。（1）兩個D形盒之間留有一個窄縫，在A處放有粒子源。

（2）兩個D形盒分別接在高頻交流電源的兩極上，在兩盒間的窄縫中形成一個方向周期性變化的交變電場。2.原理：利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運動的帶電粒子的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子。（1）磁場的作用：帶電粒子以某一速度垂直于磁場方向進(jìn)人勻強(qiáng)磁場時，只在洛倫茲力作用下做勻速圓周運動，其中周期與速度和半徑無關(guān)，使帶電粒子每次進(jìn)入D形盒中都能運動相等時間(半個周期)后，平行于電場方向進(jìn)入電場中加速。（2）交流電壓：為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時均被加速，使其能量不斷提高，要在狹縫處加一個周期與相同的交流電壓。重難擴(kuò)展問題1.質(zhì)譜儀是測量帶電粒子的______和分析同位素的重要工具。2.回旋加速器原理：利用電場對帶電粒子的______作用和磁場對運動的帶電粒子的______作用來獲得高能粒子。3.為了保證每次帶電粒子經(jīng)過狹縫時均被加速，使其能量不斷提高，要在狹縫處加一個周期與______相同的交流電壓?；A(chǔ)小題試練1.質(zhì)譜儀是分離和檢測同位素的儀器，其示意圖如圖所示。從粒子源S出來時的粒子速度很小，可以看作初速度為零，粒子經(jīng)過電場加速后從入口進(jìn)入有界的垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，并沿著半圓周運動而到達(dá)出口P.現(xiàn)使磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B加倍，要使粒子的運動軌跡不發(fā)生變化，仍沿著半圓周運動而到達(dá)出口P，應(yīng)該使加速電場的電壓U變?yōu)樵瓉淼?)A.12倍 B.10倍 C.8倍 D.4倍2.回旋加速器中的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,被加速粒子的電荷量為q,質(zhì)量為m,用LC振蕩器作為帶電粒子加速的交流高頻電源,電感L和電容C的數(shù)值應(yīng)該滿足的關(guān)系為()A. B. C. D.3.如圖所示為某回旋加速器示意圖，利用回旋加速器對粒子進(jìn)行加速，此時D形盒中的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，D形盒縫隙間電場變化周期為T，加速電壓大小為U。忽略相對論效應(yīng)和粒子在D形盒縫隙間的運動時間，下列說法中正確的是()A.粒子從磁場中獲得能量B.保持和T不變，該回旋加速器可以加速質(zhì)子C.只增大加速電壓粒子在回旋加速器中運動的時間變短D.只增大加速電壓粒子獲得的最大動能增大答案以及解析1.答案：D解析：要使粒子在磁場中仍打在P點，則可知，粒子的運動半徑不變，則由可知；磁感應(yīng)強(qiáng)度B加倍，而R不變，速度一定也可加倍；對加速過程可知，，解得：，故要使速度加倍，電勢差應(yīng)變?yōu)樵瓉淼?倍，故D正確，ABC錯誤。

故選：D。2.答案：D解析：要使得回旋加速器正常工作，則粒子做圓周運動的周期等于振蕩電路的周期，即,即,故選D。3.答案：C解析：A、粒子在磁場中受到洛倫茲力，但洛倫茲力不做功，粒子從電場中獲得能量，故A錯誤；B、根據(jù)加速電場的周期和粒子在磁場運動的周期相同，粒子在磁場中運動的周期，由于質(zhì)子與粒子的比荷不同，所以不能加速質(zhì)子，故B錯誤；CD、根據(jù)，解得：，帶電粒子射出時的動能為，知最大動能與加速器的半