质谱仪与回旋加速器教学内容.ppt

第五第五节节洛洛伦兹伦兹力的力的应应用用课标课标定位定位学学习习目目标标：1.知知道道洛洛伦伦兹兹力力只只改改变变带带电电粒粒子子速速度方向，不改度方向，不改变变其速度大小其速度大小2知道知道质谱仪质谱仪和回旋加速器的构造和原理和回旋加速器的构造和原理重点重点难难点：点：质谱仪质谱仪和回旋加速器的原理和和回旋加速器的原理和应应用用山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回一、一、质谱仪质谱仪和回旋加速器和回旋加速器1质谱仪质谱仪(1)原理原理图图：如：如图图352图图352山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回核心要点突破核心要点突破一、一、质谱仪质谱仪工作原理的理解工作原理的理解质谱仪质谱仪是利用是利用电场电场和磁和磁场场控制控制电电荷运荷运动动的精密的精密仪仪器，它是器，它是测测量量带电带电粒子的粒子的质质量和分析同位素的重要量和分析同位素的重要工具其工具其结结构如构如图图352甲所示，容器甲所示，容器A中含有中含有电电荷量相同而荷量相同而质质量有微小差量有微小差别别的的带电带电粒子粒子经过经过S1和和S2之之间间的的电场电场加速，它加速，它们进们进入磁入磁场场将沿着不同的半将沿着不同的半径做径做圆圆周运周运动动，打到照相底片的不同地方，在底片，打到照相底片的不同地方，在底片上形成若干上形成若干谱线谱线状的状的细细条，叫做条，叫做质谱线质谱线每一条每一条谱谱线对应线对应于一定的于一定的质质量从量从谱线谱线的位置可以知道的位置可以知道圆圆周周的半径，如果再已知的半径，如果再已知带电带电粒子的粒子的电电荷量，就可以算荷量，就可以算出它的出它的质质量，量，这这种种仪仪器叫做器叫做质谱仪质谱仪山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)2.回回旋旋加加速速器器是是加加速速带带电电粒粒子子的的装装置置，其其核核心心部部分分是是分分别别与与高高频频交交流流电电极极相相连连接接的的两两个个D形形金金属属盒盒，两两盒盒间间的的狭狭缝缝中中形形成成的的周周期期性性变变化化的的电电场场，使使粒粒子子在在通通过过狭狭缝缝时时都都能能得得到到加加速速，两两D形形金金属属盒盒处处于于垂垂直直于于盒盒底底的的匀匀强强磁磁场场中中，如如图图357所所示示，要要增增大大带带电电粒粒子子射射出出时时的的动动能能，则则下下列列说说法法中正确的是中正确的是()图图357A增大匀增大匀强强电场间电场间的加速的加速电压电压B增大磁增大磁场场的磁感的磁感应应强强度度C减小狭减小狭缝间缝间的距离的距离D增大增大D形金属盒的半径形金属盒的半径即即时应时应用用(即即时时突破，小突破，小试试牛刀牛刀)3(2011年杭州高二年杭州高二检测检测)一个一个带电带电粒子以初速度粒子以初速度v0垂直于垂直于电场电场方向向右射入匀方向向右射入匀强强电场电场区域，穿出区域，穿出电场电场后接着又后接着又进进入匀入匀强强磁磁场场区域区域设电场设电场和磁和磁场场区域有明确的分界区域有明确的分界线线，且分界，且分界线线与与电场电场强强度方向度方向平行，如平行，如图图358中的虚中的虚线线表示在表示在图图所示的所示的几种情况中，可能出几种情况中，可能出现现的是的是()图图358解解析析：选选AD。A、C选选项项中中粒粒子子在在电电场场中中向向下下偏偏转转，所所以以粒粒子子带带正正电电，再再进进入入磁磁场场后后，A图图中中粒粒子子应应逆逆时时针针转转，正正确确C图图中中粒粒子子应应顺顺时时针转针转，错误错误同理可以判断同理可以判断B错错，D对对变变式式训训练练1如如图图3512为为质质谱谱仪仪的的示示意意图图速速度度选选择择部部分分的的匀匀强强电电场场场场强强E1.2105 V/m，匀匀强强磁磁场场的的磁磁感感应应强强度度为为B10.6 T偏偏转转分分离离器的磁感器的磁感应应强强度度为为B20.8 T求：求：(1)能通能通过过速度速度选择选择器的粒子速度有多大？器的粒子速度有多大？(2)质质子子和和氘氘核核进进入入偏偏转转分分离离器器后后打打在在底底片片上上的的条条纹纹之之间间的距离的距离d为为多少？多少？图图3512答案：答案：(1)2105 m/s(2)5.2103 m类类型三型三回旋加速器的应用回旋加速器的应用例例例例3 3 回回旋旋加加速速器器是是用用来来加加速速带带电电粒粒子子使使它它获获得得很很大大动动能能的的仪仪器器，其其核核心心部部分分是是两两个个D形形金金属属盒盒，两两盒盒分分别别和和一一高高频频交交流流电电源源两两极极相相连连，以以便便在在盒盒间间的的窄窄缝缝中中形形成成匀匀强强电电场场，使使粒粒子子每每次次穿穿过过窄窄缝缝都都得得到到加加速速，两两盒盒放放在在匀匀强强磁磁场场中中，磁磁场场方方向向垂垂直直于于盒盒底底面面，粒粒子子源源置置于于盒盒的的圆圆心心附附近近，若若粒粒子子源源射射出出的的粒粒子子电电荷荷量量为为q，质质量量为为m，粒粒子子最最大大回回旋旋半半径径为为Rm，其运，其运动轨动轨迹如迹如图图3513所示，所示，问问：(1)盒中有无盒中有无电场电场？(2)粒子在盒内做何种运粒子在盒内做何种运动动？(3)所所加加交交流流电电频频率率应应是是多多大大，粒粒子子角角速速度度为为多多大大？(4)粒粒子子离离开开加加速速器器时时速速度度是是多多大大，最最大大动动能能为为多多少？少？(5)设设两两D形盒形盒间电场间电场的的电势电势差差为为U，求加速到上述，求加速到上述能量所需的能量所需的时间时间(不不计计粒子在粒子在电场电场中运中运动动的的时间时间)图图3513【规规律律总结总结】求解此求解此题应题应注意以下两点：注意以下两点：(1)交交流流电电的的周周期期与与粒粒子子做做圆圆周周运运动动的的周周期期相相同回旋加速器才能正常工作同回旋加速器才能正常工作(2)根据匀速根据匀速圆圆周运周运动动知知识识求出粒子最大速度求出粒子最大速度的表达式，再据此判断它与何物理量有关的表达式，再据此判断它与何物理量有关变变式式训训练练3(2011年年吉吉林林市市高高二二检检测测)用用回回旋旋加加速速器器来来加加速速质质子子，为为了了使使质质子子获获得得的的动动能能增增加加为为原原来来的的4倍倍，原原则则上上可可以以采采用用下下列列哪哪几几种方法种方法()A将其磁感将其磁感应应强强度增大度增大为为原来的原来的2倍倍B将其磁感将其磁感应应强强度增大度增大为为原来的原来的4倍倍C将将D形盒的半径增大形盒的半径增大为为原来的原来的2倍倍D将将D形盒的半径增大形盒的半径增大为为原来的原来的4倍倍山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回山东水浒书业有限公司山东水浒书业有限公司 优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书优化方案系列丛书第第3章磁章磁场场课课前前自自主主学学案案核核心心要要点点突突破破课课堂堂互互动动讲讲练练知知能能优优化化训训练练返回返回