高二物理课件《加速器及复合场》(第4课)课件
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1-4质谱仪与回旋加速器 (教学课件)——高中物理人教版(2019)选择性必修第二册
谢谢
B．减小狭缝间的距离 D．增大金属盒的半径
课堂训练
4．如图所示为一种获得高能粒子的装置。环形区域内存在垂直 纸面向外、大小可调节的均匀磁场，质量为m、电荷量为+q的粒 子在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极 板，原来电势都为零，每当粒子顺时针飞经A板时，A板电势升高 为U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加速，每当 粒子离开B板时，A板电势又降为零。粒子在电场的一次次加速下 动能不断增大，而粒子绕行半径不变。以下说法正确的是（ ）
新知探究
知识点 2
回旋加速器
新知探究
知识点 2
回旋加速器
A．在Ek～t图像中应有t4－t3<t3－t2<t2－t1 B．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
易错分析：错解1：误认为随着粒子的速率越来越大，粒子回旋的周期越来 越小，错选A；错解2：误认为粒子获得的最大动能与加速电压有关，错选B； 错解3：误认为粒子加速次数越多，粒子获得的动能越大，错选C。
2．原理
(1)加速电场加速：根据动能定理：__q__U______＝12mv2 (2)匀强磁场偏转：洛伦兹力提供向心力：__q_v_B______＝mrv2
1 2mU (3)结论：r＝_____B_____q______，测出半径 r，可以算出粒子的比荷mq 或算出 它的质量。
新知探究
知识点 2
构造图
新知探究
知识点 2
回旋加速器
解析：根据牛顿第二定律，由洛伦兹力提供向心力，则有：qvB＝mvR2，解 得：v＝qBmR，则动能为：EK＝12mv2＝q22Bm2R2，知动能与加速的电压无关，与狭 缝间的距离无关，与磁感应强度大小和 D 形盒的半径有关，增大磁感应强度和 D 形盒的半径，可以增加粒子的动能，故 D 正确，ABC 错误。
高二物理大一轮复习讲义 第八章 第4课时带电粒子在复合场中的运动课件
答案 121 kW
题型互动探究
题型一 带电粒子在组合场中的运动
【例 1】在 xOy 平面内，第Ⅲ象限内的直 线 OM 是电场与磁场的边界，OM 与 y 轴 负方向成 45°角．在 x<0 且 OM 的左侧 空间存在着沿 x 轴负方向的匀强电场 E， 场强大小为 0.32 N/C，在 y<0 且 OM 的 图8 右侧空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场 B，磁感应强
四、电场磁场同区域并存应用实例
1．速度选择器
如图 3 所示，平行板中电强度 E 的方
向和磁感应强度 B 的方向互相__垂__直_，
这种装置能把具有一定速度的粒子选 图3
择出来，所以叫做速度选择器．带电粒
子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是
_q_E_＝___q_v_B_，即
E v＝B.
2．磁流体发电机
2．匀速圆周运动 当 带 电 粒 子 所 受 的 重 力 与 电 场 力 大 小 _相__等__ ， 方 向 __相__反___时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀 强磁场的平面内做__匀__速__圆__周___运动．
3．较复杂的曲线运动 当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速 度方向不在同一条直线上，粒子做_非__匀___变速曲线运动， 这时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线．
(3)微粒从 C 点沿 y 轴正方向进入电场，速度方向与电场力
方向垂直，微粒做类平抛运动． a＝qmE，Δx＝12at21＝2r，Δy＝v0t1 代入数据解得 Δy＝0.2 m y＝Δy－2r＝0.2 m－2×4×10－3 m＝0.19 m 离开电、磁场时的位置坐标为(0,0.19)．
答 案 (1)( － 4×10 － 3 ， － 4×10 － 3) (2)1.3×10 － 5 s (3)(0,0.19)
题型互动探究
题型一 带电粒子在组合场中的运动
【例 1】在 xOy 平面内，第Ⅲ象限内的直 线 OM 是电场与磁场的边界，OM 与 y 轴 负方向成 45°角．在 x<0 且 OM 的左侧 空间存在着沿 x 轴负方向的匀强电场 E， 场强大小为 0.32 N/C，在 y<0 且 OM 的 图8 右侧空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场 B，磁感应强
四、电场磁场同区域并存应用实例
1．速度选择器
如图 3 所示，平行板中电强度 E 的方
向和磁感应强度 B 的方向互相__垂__直_，
这种装置能把具有一定速度的粒子选 图3
择出来，所以叫做速度选择器．带电粒
子能够匀速沿直线通过速度选择器的条件是
_q_E_＝___q_v_B_，即
E v＝B.
2．磁流体发电机
2．匀速圆周运动 当 带 电 粒 子 所 受 的 重 力 与 电 场 力 大 小 _相__等__ ， 方 向 __相__反___时，带电粒子在洛伦兹力的作用下，在垂直于匀 强磁场的平面内做__匀__速__圆__周___运动．
3．较复杂的曲线运动 当带电粒子所受合外力的大小和方向均变化，且与初速 度方向不在同一条直线上，粒子做_非__匀___变速曲线运动， 这时粒子的运动轨迹既不是圆弧，也不是抛物线．
(3)微粒从 C 点沿 y 轴正方向进入电场，速度方向与电场力
方向垂直，微粒做类平抛运动． a＝qmE，Δx＝12at21＝2r，Δy＝v0t1 代入数据解得 Δy＝0.2 m y＝Δy－2r＝0.2 m－2×4×10－3 m＝0.19 m 离开电、磁场时的位置坐标为(0,0.19)．
答 案 (1)( － 4×10 － 3 ， － 4×10 － 3) (2)1.3×10 － 5 s (3)(0,0.19)
人教版物理高中选择性必修2第一章1_4 质谱仪与回旋加速器PPT教学课件
描述运第动一的章基本概安念培力与洛伦兹力
2|回旋加速器
情境 北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一,是我国第一台高能 加速器,也是高能物理研究的重大科技基础设施。它由长202米的直线加速器、输 运线、周长240米的圆形加速器(也称储存环)、高6米重500吨的北京谱仪和围绕 储存环的同步辐射实验装置等几部分组成,外形像一只硕大的羽毛球拍。如图所 示,正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后,沿圆环切线方向注入对 撞机的真空环状空腔内,空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大 小为B。两种带电粒子将被局限在环状空腔内,沿相反方向做半径相等的匀速圆周 运动,从而在碰撞区迎面相撞。
B1
第1讲 描述运第动一的章基本概安念培力与洛伦兹力
2|回旋加速器 1.构造图:如图所示。
2.核心部件:两个金属⑤ D形盒 。
3.原理:高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期⑥ 相同 ,粒子每
经过一次加速,其轨道半径就大一些,粒子做圆周运动的周期⑦ 不变 。
4.最大动能:由qvB=
mv2 R
第1讲 描述运第动一的章基本概安念培力与洛伦兹力
1|质谱仪
情境 质谱仪又称质谱计,是分离和检测不同同位素的仪器。根据带电粒子在磁 场中能够偏转的原理,质谱仪按物质原子、分子或分子碎片的质量差异将它们进 行分离或检测物质组成。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有 机质谱仪;按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪;按工作原理分为静态 仪器和动态仪器。
为U的电场加速后,由qU=
1 2
mv2可求得其从S2射出时的速度为v=
2qU 。
m
该粒子进入磁场后,在洛伦兹力作用下做圆周运动。由qvB= mv2 可求得其轨迹半
2|回旋加速器
情境 北京正负电子对撞机是世界八大高能加速器中心之一,是我国第一台高能 加速器,也是高能物理研究的重大科技基础设施。它由长202米的直线加速器、输 运线、周长240米的圆形加速器(也称储存环)、高6米重500吨的北京谱仪和围绕 储存环的同步辐射实验装置等几部分组成,外形像一只硕大的羽毛球拍。如图所 示,正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后,沿圆环切线方向注入对 撞机的真空环状空腔内,空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场,磁感应强度大 小为B。两种带电粒子将被局限在环状空腔内,沿相反方向做半径相等的匀速圆周 运动,从而在碰撞区迎面相撞。
B1
第1讲 描述运第动一的章基本概安念培力与洛伦兹力
2|回旋加速器 1.构造图:如图所示。
2.核心部件:两个金属⑤ D形盒 。
3.原理:高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期⑥ 相同 ,粒子每
经过一次加速,其轨道半径就大一些,粒子做圆周运动的周期⑦ 不变 。
4.最大动能:由qvB=
mv2 R
第1讲 描述运第动一的章基本概安念培力与洛伦兹力
1|质谱仪
情境 质谱仪又称质谱计,是分离和检测不同同位素的仪器。根据带电粒子在磁 场中能够偏转的原理,质谱仪按物质原子、分子或分子碎片的质量差异将它们进 行分离或检测物质组成。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有 机质谱仪;按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪;按工作原理分为静态 仪器和动态仪器。
为U的电场加速后,由qU=
1 2
mv2可求得其从S2射出时的速度为v=
2qU 。
m
该粒子进入磁场后,在洛伦兹力作用下做圆周运动。由qvB= mv2 可求得其轨迹半
加速器原理介绍 ppt课件
五、微波传输系统
加速器原理介绍
微波传输系统由真空窗（陶瓷窗）、吸收负载、定向耦合器、微波传输元 件等组成。
要求：各部件能承受额定功率和驻波比。 参数：1）频率：2856.25MHZ
2）平均功率：8Kw 3）驻波比：＜1.05 4）测损耗：主要是真空窗的损耗 5）耦合度 6）系统通带 注意事项： （1）平均功率 （2）充气：低于额定值，则会出现打火现象 （3）连接安装时要拧紧，否则会出现漏气 （4）开机时注意微波渗漏
加速器原理介绍
——原理及各系统介绍
2014年1月
一、基本概念
加速器原理介绍
电子加速器是一种使用人工方法使电子在真空中受磁场力控制、电
场力加速而达到高能量的电磁装置。 电子加速器是一种复杂的技术装备，综合了电子加速器原理、电磁场理
论、高电压、微波、磁铁、电源、电气电子、自动控制、传热学、机械设计 和加工、真空、束流诊断与测量、剂量测量、辐射防护等多个领域的综合科 学技术。
加速器原理介绍
八、充气系统
充气系统使用的是六氟化硫气体，其作用：1）提高微波绝缘强度，防 止打火；2）利于速调管输出陶瓷窗散热。
充气操作系统结构图如下：
1—气瓶 2—减压阀 3—过滤干燥器 4—充气阀 5—放气阀 6—气体分流器（五通） 7—大气压表 8—隔离阀 9—小气压表(大小气压表均有上、下限保护触点信号输出)
一、电子枪
加速器原理介绍
电子枪是加速器的电子源，它产生一定能量 、流强和形状要求的电子束，并进入加速管进行 加速。
电子枪为二极型的皮尔斯电子枪，由阴极（ 阴极热子组件）、聚焦极和阳极组成。阴极发射 的电子，经聚焦极聚焦，通过阳极孔进入加速管 ，电子枪的导流系数为0.068微朴。根据加速器 的设计要求，电子枪的工作电压为55-65KV ，发 射束流连续可调，最大束流为1A 。
质谱仪与回旋加速器-高二物理课件(人教版2019选择性必修第二册)
高中物理选择性必修第二册 第一章：安培力与洛伦兹力 第4节:质谱仪与回旋加速器
5．如图所示，为回旋加速器的原理图.其中D1和D2是两个中空的半径为R的半圆形金属盒，接在电压为U 的加速电源上，位于D2圆心处的粒子源A能不断释放出一种带电粒子（初速度可以忽略，重力不计）， 粒子在两盒之间被电场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。已知粒子电荷量 为q、质量为m，忽略粒子在电场中运动的时间，不考虑加速过程中引起的粒子质量变化，下列说法正确
高中物理选择性必修第二册 第一章：安培力与洛伦兹力 第4节:质谱仪与回旋加速器
质谱仪
质谱仪的结构及其作用
1、质谱仪： 利用磁场对带电粒子的偏转，由带电粒子的电荷量、轨道半径确定其质量的仪器。
2、结构及作用 ：
①电离室：使中性气体电离，产生带电粒子
②加速电场：使带电粒子获得速度
③偏转磁场：使不同带电粒子偏转分离
高中物理选择性必修第二册 第一章：安培力与洛伦兹力 第4节:质谱仪与回旋加速器
第4节:质谱仪与回旋加速器
高中物理选择性必修第二册 第一章：安培力与洛伦兹力 第4节:质谱仪与回旋加速器
温故知新
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期和半径
qvB m v2 r
r = mv qB
T= 2 r 2 m
④照相底片：记录不同粒子偏转位置及半径
高中物理选择性必修第二册 第一章：安培力与洛伦兹力 第4节:质谱仪与回旋加速器
质谱仪
质谱仪的工作原理
你能根据所学知识解释一下质谱仪的工作原理吗？
（1）先加速由：
qU0
1 2
mv 2
（2）再偏转(匀速圆周运动）
得： v 2qU0
粒子加速器PPT资料(正式版)
• 60－70年代
等时性回旋加速器 交变梯度强聚焦原理
同步： e 12 GeV, p 500 GeV 直线： e 20 GeV, p 800 MeV 对撞机原理 DESY－Doris 5.3 GeV e + e+ 超导加速技术
• 80－90年代
对撞机飞速发展 同步辐射装置广为建造 工业与医学应用得到普及
直线型 回旋型 环型
3. 按加速电场分
静电场 感应电场 射频电磁场
4. 按加速机制分
非谐振
(准)谐振－有自动稳相机制 1919年卢瑟福用天然 源首次实现人工核反应 科学家需要可控的人工射线！
发射度（x, x’ 6维相空间）
80－90年代：三大工程
> 100GeV
超高能
1）农业：辐射育种、保鲜、昆虫不育
• 70年代
离子注入机 医用电子直线加速器 此后众多小型加速器得到快速发展
单位长度增能
－mA－A－kA－MA
4）亮度（对撞机、微束）
单位面积流强
nA/cm2 或 n/s/cm2
5）束流品质
发射度（x, x’ 6维相空间）
能散度（W / W）
6）束流的时间结构
次级粒子：正电子、反质子、放射性核束
4）亮度（对撞机、微束）
正负电子对撞机BEPC
装置 F = qE = ma
• 阴极射线管（显像管）是加速器的雏形 • 粒子速度不能超过光速，但能量增加不
受限制，故加速器实际上是增能器。
W = qe Es ds
• 粒子能量的单位：电子伏（eV）
1019 J
• =0.95, 11MeV时
二、加速器的产生与发展
• 1919年卢瑟福用天然源首次实现人工核
高中物理回旋加速器原理ppt
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（2）电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间 的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒 直径的匀强电场，加速就是在这个区域完成的.
（3）交变电压：为了保证每次带电粒子经过狭缝 时均被加速，使之能量不断提高，要在狭缝处加 一个与T=2πm/qB相同的交变电压
1.D形金属扁盒的主要作用是什么？ 2.在加速区有没有磁场？对带电粒子加速有没有 影响？ 3.粒子所买的VIP时长期间，下载特权不清零。
第4节 质谱仪与回旋加速器 教学课件
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第一章 安培力与洛伦兹力
14
解析：由 r＝mqBv 知，当 r＝R 时，质子有最大速度 vm＝qBmR，即 B、R 越大，vm 越大，vm 与加速电压无关，A 正确，B、C 错误；由上面周期 公式知氦核(42He)与质子做圆周运动的周期不同，故此装置不能用于加速 度氦核(42He)，D 错误。
左手定则知，带电粒子所受的洛伦兹力方向竖直向上，则电场力的方向
竖直向下，知电场强度的方向竖直向下，所以速度选择器的 P1 极板带正 电，B 错误；进入 B2 磁场中的粒子速度是一定的，根据 qvB＝mvr2 得 r
＝mqBv，知 r 越大，比荷
q m
越小，而质量 m 不一定大，C 正确，D 错误。
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B．速度选择器的 P1 极板带负电
√C．在 B2 磁场中运动半径越大的粒子，比荷
q m
越小
D．在 B2 磁场中运动半径越大的粒子，质量越大
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第一章 安培力与洛伦兹力
12
解析：带电粒子在 B2 磁场中向下偏转，磁场的方向垂直于纸面向外，根 据左手定则知，该束带电粒子带正电，A 错误；在平行金属板间，根据
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第一章 安培力与洛伦兹力
7
知识点2Байду номын сангаас回旋加速器
1．回旋加速器的结构 两个中空的__半__圆__金__属__盒____D1和D2，处于与盒面垂直的___匀__强__磁__场_____ 中，D1和D2间有一定的电势差，如图所示。
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第一章 安培力与洛伦兹力
8
2．回旋加速器原理：带电粒子在 D 形盒中只受__洛__伦__兹__力______ 的作用
高考物理一轮复习 第4课时 专题 带电粒子要复合场中的运动课件 人教大纲版
解析：不难看出本题的四个小题都是根据发散思维方法设计的．为解本题，必须从 分析带电粒子在互相正交的匀强电场和匀强磁场中的受力情况入手． 设带电粒子的质量为m，带电荷量为q，匀强电场强度为E、匀强磁场的磁感应强度 为B.带电粒子以速度v垂直射入互相垂直的匀强电场和匀强磁场中时，若粒子带正 电，则所受电场力方向向下，大小为qE；所受磁场力方向向上，大小为Bqv.沿直 线匀速通过时，显然有Bqv＝qE，v＝ ，即匀速直线通过时，带电粒子的速度与 其质量、电荷量无关．如果粒子带负电，电场方向向上，磁场力方向向下，上述结 论仍然成立．所以，(1)(2)两小题应选择A.
比法等．
图11－4－9 2－1 如图11－4－9所示，界面PQ与水平地面之间有一个正交的匀强磁场B和匀
强电场E，在PQ上方有一个带正电的小球A自O静止开始下落，穿过电场和磁场 到达地面．设空气阻力不计，下列说法中正确的是( )
A．在复合场中，小球做匀变速曲线运动 B．在复合场中，小球下落过程中的电势能减小 C．小球从静止开始下落到水平地面时的动能等于其电势能和重力势能的减少量
在x<0且OM的左侧空间存在着沿x轴负方向的匀强电场E，场强大小为0.32 N/C， 在y<0且OM的右侧空间存在着垂直纸面向里的匀强磁场B，磁感应强度大小为0.10 T，如图11－4－6所示，不计重力的带负电的微粒，从坐标原点O沿y轴负方向以v0 ＝2.0×103 m/s的初速度进入磁场，已知微粒的带电量为q＝5.0×10－18 C，质量为 m＝1.0×10－24 kg，求： (1)带电微粒第一次经过磁场边界点的位置坐标； (2)带电微粒在磁场区域运动的总时间； (3)带电微粒最终离开电、磁场区域点的位置坐标．(保留两位有效数字)
－5 所示，电路有一段金属导体，它的横截面是宽为a、高为b的长方形，放在 沿y轴正 方向的匀强磁场中，导体中通有沿x轴正方向、大小为I的电流．
高考物理复习磁场第四课时带电粒子在复合场中的运动省公开课一等奖百校联赛赛课微课获奖PPT课件
(1)求两极板间电压 U； (2)若两极板不带电，保持磁场不变， 该粒子仍沿中心线 O1O2 从 O1 点射入， 欲使粒子从两板左侧间飞出，射入的速 度应满足什么条件？
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活活动动二 一课堂导学部分
小结1 带电粒子在叠加场中无约束情况下运动情况分类
(1)磁场力、重力并存 ①若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动． ②若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂曲线运动，因洛伦兹力不做 功，故机械能守恒，由此可求解问题． (2)电场力、磁场力并存(不计重力微观粒子) ①若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动． ②若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂曲线运动，因洛伦兹力不 做功，可用动能定理求解问题． (3)电场力、磁场力、重力并存 ①若三力平衡，一定做匀速直线运动． ②若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动． ③若协力不为零且与速度方向不垂直，将做复杂曲线运动，因洛伦兹力不做 功，可用能量守恒或动能定理求解问题．
4 第 课时 带电粒子在复合场中运动（二）
第1页
活活动动一 一课前预习部分
考纲考点 知识梳理 基础检测
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活活动动二 一课堂导学部分
问题1 带电粒子在叠加场中无约束情况下运动 【经典例题1】如图所表示，真空中存在着以下四种有界匀强 电场E和匀强磁场B区域，一带正电小球(电荷量为落。那么小 球可能沿直线经过以下哪种复合场区域( )
(1)带电粒子进入磁场做圆周运动的最小半径。 (2)带电粒子射出电场时的最大速度。 (3)带电粒子打在屏幕上的范围。
第10页
活活动动二 一课堂导学部分
小结3 带电粒子在叠加场中运动 3．分析方法
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活活动动二 一课堂导学部分
问题1 带电粒子在叠加场中无约束情况下运动
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活活动动二 一课堂导学部分
小结1 带电粒子在叠加场中无约束情况下运动情况分类
(1)磁场力、重力并存 ①若重力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动． ②若重力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂曲线运动，因洛伦兹力不做 功，故机械能守恒，由此可求解问题． (2)电场力、磁场力并存(不计重力微观粒子) ①若电场力和洛伦兹力平衡，则带电体做匀速直线运动． ②若电场力和洛伦兹力不平衡，则带电体将做复杂曲线运动，因洛伦兹力不 做功，可用动能定理求解问题． (3)电场力、磁场力、重力并存 ①若三力平衡，一定做匀速直线运动． ②若重力与电场力平衡，一定做匀速圆周运动． ③若协力不为零且与速度方向不垂直，将做复杂曲线运动，因洛伦兹力不做 功，可用能量守恒或动能定理求解问题．
4 第 课时 带电粒子在复合场中运动（二）
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活活动动一 一课前预习部分
考纲考点 知识梳理 基础检测
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活活动动二 一课堂导学部分
问题1 带电粒子在叠加场中无约束情况下运动 【经典例题1】如图所表示，真空中存在着以下四种有界匀强 电场E和匀强磁场B区域，一带正电小球(电荷量为落。那么小 球可能沿直线经过以下哪种复合场区域( )
(1)带电粒子进入磁场做圆周运动的最小半径。 (2)带电粒子射出电场时的最大速度。 (3)带电粒子打在屏幕上的范围。
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活活动动二 一课堂导学部分
小结3 带电粒子在叠加场中运动 3．分析方法
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活活动动二 一课堂导学部分
问题1 带电粒子在叠加场中无约束情况下运动
高中物理选修二 新课改 讲义 第4节 质谱仪与回旋加速器
第4节质谱仪与回旋加速器学习目标要求核心素养和关键能力1.知道质谱仪、回旋加速器的基本构造、原理及用途。
2.会利用圆周运动知识和功能关系分析质谱仪和回旋加速器的问题。
3.会利用相关规律解决质谱仪、回旋加速器问题。
1.核心素养建立电场加速和磁场偏转的组合场运动模型。
2.关键能力物理建模能力和分析推理能力。
知识点一质谱仪当带电粒子垂直射入匀强电场和匀强磁场时，分析带电粒子在电场和磁场中的运动有何不同？提示(1)当v0⊥E时，带电粒子在匀强电场中做匀变速曲线运动，用运动的合成与分解知识处理。
(2)当v0⊥B时，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，利用洛伦兹力提供向心力和圆周运动知识处理。
❶质谱仪构造：主要构件有加速电场、偏转磁场和照相底片。
❷工作原理(如图)(1)带电粒子经过电压为U的加速电场加速，由动能定理得qU＝12m v2。
(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＝m vqB，可得r＝1 B 2mU q。
❸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qm。
[思考] 在质谱仪的原理图中(1)S1、S2之间的电场起什么作用？(2)粒子打在底片上的位置到S3的距离有多大？提示(1)使粒子加速，获得一定的速度。
(2)由于粒子在磁场中运动的轨迹半径为r＝m vqB＝1B2mUq，所以打在底片上的位置到S3的距离s＝2r＝2B 2mU q。
1.带电粒子的运动分析(1)加速电场加速：qU＝12m v2。
(2)匀强磁场偏转：q v B＝m v2 r。
(3)结论：r＝1B2mUq，粒子比荷qm＝2UB2r2，质量m＝qB2r22U。
2.质谱仪区分同位素：同位素电荷量q相同，质量不同，由r＝1B2mUq知，在质谱仪照相底片上显示的位置就不同，故能据此区分同位素。
[例1] 如图，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。
高二物理课件加速器及复合场-第4课课件
直液体流动方向而穿过一段圆形管道。若测得 管壁内a、b两点的电势差为Uab，试求管中液 体的流量Q为多少m3/s
×××××
a
d×
× ·×
·
×
× 导电液体
× × b× × ×
L
×××××
a
d×
× ·×
·
×
×
× × b× × ×
L
Uab q qBv d Q(流量)V(体积 )
t
V (d )2 L
2
导电液体
B
Eq=mg
r=mv/qB
E
v=Bgr/E
练习:有一个带电小球,自 离开电磁场高为h的地方 静止下落,一进入复合的 电场、磁场就做匀速圆周 运动,半径为R,所加匀强 电场的方向是竖直向上的, 大小为E,则所加的匀强磁 场B的大小?
BE 2h Rg
例3：如图所示，在y＞0的空间中存在匀强电场，场强 沿y轴负方向；在y＜0的空间中，存在匀强磁场，磁场 方向垂直xy平面（纸面）向外。一电量为q、质量为m的 带正电的运动粒子，经过y轴上y＝h处的点P1时速率为v0， 方向沿x轴正方向；然后，经过x轴上x＝2h处的 P2点进 入磁场，并经过y轴上y＝2h处的P3点。不计重力。求（l） 电场强度的大小。（2）粒子到达P2时速度的大小和方向。 （3）磁感应强度的大小。
2：一回旋加速器，可把质子加速到v，使 它获得动能EK
（1）能把α粒子加速到的速度为？
1V 2
（2）能把α粒子加速到的动能为？ E k
（3）加速α粒子的交变电场频率与加速质 子的交变电场频率之比为？
1: 2
2020/3/19
二.电磁流量计
例8:如图所示为电磁流量计的示意图，直径为 d的非磁性材料制成的圆形导管内，有可以导 电的液体流动，磁感应强度为B的匀强磁场垂
质谱仪与回旋加速器-高二物理课件(人教版2019选择性必修第二册)
直线加速器优点是结构简单，可以把粒子的能量加速到 足够大，缺点是加速器的空间尺寸太大,实验必须在真空 条件下进行,20世纪初要获得大范围的真空条件同样是困 难的.
三.回旋加速器
思考与讨论：能否让粒子加速后拐个弯，从而在 一个有限的空间里多次加速呢？如何拐弯？
1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器， 实现了在较小的空间范围内对带电粒子进行多级 加速。
r
1 B
2mU q
一.质谱仪
一.质谱仪
典型例题
例1.如图为质谱仪原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的 粒子从静止开始经过电压为U的加速电场后进入粒子速度选择
器．选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的
场强为E、方向水平向右．已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择 器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN
三.回旋加速器
4.从发射到离开一共加速几次？ 每次加速获得能量qU，故加速次数：
n Ek qB2R2 qU 2mU
5.粒子在磁场中一共运动多少时间？ 每次加速后转半圈，故磁场中时间：
t磁
nT 2
BR 2
2U
6.如果要求电场中的时间呢？
法一：t电
v a
BdR U
法二：nd
1 2
at电2
t电
BdR U
； (2)E
m 2qU
方向垂直纸面向外；(3)L2
2mU q
要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进 行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束， 只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才 能把它“打开”。产生这些高能“炮弹”的“工 厂”就是各种各样的粒子加速器。
问题：如何才能把粒子加速？
三.回旋加速器
思考与讨论：能否让粒子加速后拐个弯，从而在 一个有限的空间里多次加速呢？如何拐弯？
1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器， 实现了在较小的空间范围内对带电粒子进行多级 加速。
r
1 B
2mU q
一.质谱仪
一.质谱仪
典型例题
例1.如图为质谱仪原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的 粒子从静止开始经过电压为U的加速电场后进入粒子速度选择
器．选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的
场强为E、方向水平向右．已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择 器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN
三.回旋加速器
4.从发射到离开一共加速几次？ 每次加速获得能量qU，故加速次数：
n Ek qB2R2 qU 2mU
5.粒子在磁场中一共运动多少时间？ 每次加速后转半圈，故磁场中时间：
t磁
nT 2
BR 2
2U
6.如果要求电场中的时间呢？
法一：t电
v a
BdR U
法二：nd
1 2
at电2
t电
BdR U
； (2)E
m 2qU
方向垂直纸面向外；(3)L2
2mU q
要认识原子核内部的情况，必须把核“打开”进 行“观察”。然而，原子核被强大的核力约束， 只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，才 能把它“打开”。产生这些高能“炮弹”的“工 厂”就是各种各样的粒子加速器。
问题：如何才能把粒子加速？
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2：一回旋加速器，可把质子加速到v，使 它获得动能EK
（1）能把α 粒子加速到的速度为？
1 V 2
（2）能把α 粒子加速到的动能为？
Ek
（3）加速α 粒子的交变电场频率与加速质 子的交变电场频率之比为？ 1: 2
二.电磁流量计
例8:如图所示为电磁流量计的示意图，直径为 d的非磁性材料制成的圆形导管内，有可以导 电的液体流动，磁感应强度为B的匀强磁场垂 直液体流动方向而穿过一段圆形管道。若测得 管壁内a、b两点的电势差为Uab，试求管中液 体的流量Q为多少m3/s
学科网
B
mv D qB 2
1 2 E K mv 2
D
V=？
U
q B D EK 8m
2
2
2
练习：
组卷网
1：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙 述，正确的是( CD ) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做 匀速圆周运动
Eq=mg r=mv/qB
B
E
v=Bgr/E
练习:有一个带电小球,自 离开电磁场高为h的地方 静止下落,一进入复合的 电场、磁场就做匀速圆周 运动,半径为R,所加匀强 电场的方向是竖直向上的, 大小为E,则所加的匀强磁 场B的大小?
E 2h B R g
例3：如图所示，在y＞0的空间中存在匀强电场，场强 沿y轴负方向；在y＜0的空间中，存在匀强磁场，磁场 方向垂直xy平面（纸面）向外。一电量为q、质量为m的 带正电的运动粒子，经过y轴上y＝h处的点P1时速率为v0， 方向沿x轴正方向；然后，经过x轴上x＝2h处的 P2点进 入磁场，并经过y轴上y＝2h处的P3点。不计重力。求（l） 电场强度的大小。（2）粒子到达P2时速度的大小和方向。 （3）磁感应强度的大小。
当电场力与洛仑磁力 不平衡时，粒子将作 复杂的曲线运动，这 时解决问题的最好方 法是从功和能的角度 分析。并牢记“洛仑兹力永不做功”的特点和 电场力做功的特点。
例2：一个带电微粒在图示的正交匀强电 场为E和匀强磁场为B中在竖直面内做匀 速圆周运动。则该带电微粒必然带_____， 旋转方向为_____。若已知圆半径为r， 电场强度为E,磁感应强度为B，则线速度 为_____。(已知重力加速度为g)
带电粒子在磁场中的 运动
一、粒子加速器 1、单级加速器
＋ m q
－
·
U
粒子获得的能量：Ek=q U
缺点: (1)受实际能达到的电压限制,所获能量并不太高
２．多级加速器
zxxk
1 2 mv nqU 2
缺点：所占空间太大
３．回旋加速器
A A’
v1 v4
v2 v 0
v3
练习：回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形 盒的半径为Ｒ，用该回旋加速器加速质量为m、电 量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：
1、电场和磁场成独立区域 处理方法： 分阶段求解 2、电场和匀强磁场共存区域 处理方法： 二力平衡~匀速直线运动 功 能 关 系
不平衡~复杂的曲线运动
例1：如图一电子从两板左侧以速度v沿金属板方 向射入，当磁感应强度为B1时，电子从a点射出 两板，射出时的速率为2v．当磁感应强度变为B2 时，电子从b点射出，侧移量仅为从a点射出时侧 移量的四分之一，求电子从b点射出时的速率．
练习：如图所示,在x轴上方有垂直于xy平面 的匀强磁场, 磁感应强度为B,在x轴下方有沿y 轴负方向的匀强电场,场强为E，一质量为m， 电量为—q的粒子从坐标原点O沿着y轴正方 向射出，射出之后， 第三次到达x轴时， 它与O点的距离为L， 求此时粒子射出时的 速度和运动的总路程 （L，0） （重力不计） L mv 4 qB
１．粒子圆周运动的半 径和速度的关系:
mv r qB
不变
z.x.x.k
２． 粒子的回转周期会变化吗？
2 m T qB
３．高频电极的往复变化周期为多大？
与粒子圆周运动周期T相同
4 、已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强 度为B，交变电压的电压为U， 求：从出口射出时，粒子的速度v=？
z..x..x..k
× ×
d×
×
× ·×
a
×
× ×
× × 导电液体
×
b×
L
·
×
×
Hale Waihona Puke ××d××
× ·× ×
a
×
×
× ×
×
× × 导电液体
b×
L
·
U ab q qBv d V (体积) Q(流量) t d 2 V ( ) L 2
Q
dU ab
4B
三、带电粒子在复合场中的运动
能忽略带电体重力的情况下，则只需考虑电场和 磁场。这时有两种情况：
B
解： 当粒子从D形盒出口飞出时， 粒子的运动半径=D形盒的直径/2
D
V=？
mv D qB 2
qBD v 2m
U
粒子最后出加速器的速度 大小由盒的半径决定。
5、已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度 为B，交变电压的电压为U， 求：（1）从出口射出时，粒子的动能Ek=？ （2）要增大粒子的最大动能可采取哪些措施？
h
V0 2h Vy
m v0 E 2qh
2
Vx
V
v 2v0
m v0 B hq
2h
练习.如图，在xoy平面内，I象限中有匀强电场， 场强大小为E，方向沿y轴正方向，在x轴的下方 有匀强磁场，磁感强度大小为B，方向垂直于纸 面向里，今有一个质量为m，电量为e的电子（不 计重力),从y轴上的P点以初速度v0垂直于电场方 向进入电场。经电场偏转后，沿着与x轴正方向 成45o进入磁场，并能返回到原出发点P。 求: (1)作出电子运动轨迹的示意图， 并说明电子的运动情况 (2）P点离坐标原点的距离h。 (3)电子从P点出发经多长 时间第一次返回P点？