第14讲 质谱仪与回旋加速器
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练考点 强知识：核心考点精准练
第二步：记
串知识 识框架：思维导图助力掌握知识框架、学习目标复核内容掌握
第三步：测
过关测 稳提升：小试牛刀检测预习效果、查漏补缺快速提升
知识点1：质谱仪
1.原理图：如图所示。
2.加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得qU＝2mv2。
3.偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力：qvB＝r。
4.结论：r＝Bq。测出粒子的轨迹半径r，可算出粒子的质量m或比荷m。
5.应用：可以测定带电粒子的质量和分析同位素。
知识点2：回旋加速器
1.构造图：如图所示。
2.核心部件：两个中空的半圆金属盒。
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不变。
4.电场和磁场的特点及作用
(1)电场的特点及作用
①特点：周期性变化，其周期等于粒子在磁场中做圆周运动的周期。
②作用：加速带电粒子。粒子经过窄缝处均被加速，一个周期内加速两次。
(2)磁场的作用：改变粒子的运动方向。粒子在一个D形盒中运动半个周期，运动至狭缝进入电场被加速。
(3)粒子获得的最大动能
若D形盒的最大半径为R，磁感应强度为B，由R＝qB得粒子获得的最大速度vm＝m，最大动能
Ekm＝2mvm＝2m。
教材习题01 如图所示，同位素原子核氧16和氧17，质子数相同，带电荷量相同，质量之比为16∶17。两个原子核同时从容器A下方的狭缝 A．氧17进入磁场时的速度较大 B．磁场对氧16做功小于氧17 C．到达照相底片D右侧的原子核是氧17 D．氧16和氧17在磁场中运动时间相等
| 解题方法 A．在加速电场中，根据动能定理 解得原子核的速度为 B．原子核在磁场中受洛伦兹力，由左手定则可知洛伦兹力与速度方向垂直，则洛伦兹力不做功，故B错误； C．由洛伦兹力提供向心力，则 解得 D．由周期公式 |
【答案】C | |
飘入（初速度为零）电场区，经电场加速后通过狭缝
、
垂直于磁场边界MN射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，原子核经磁场偏转后到达照相底片D的不同位置上，不考虑两个原子核间的相互作用，下列说法正确的是（ ）
原子核电荷量q相同，氧17的质量较大，则氧17进入磁场时的速度较小，故A错误；
氧17的质量较大，运动半径大，即到达照相机底片D右侧的原子核为氧17，故C正确；
结合
联立可得周期为
两个原子核在磁场中运动的时间为
由于氧17的质量较大，在磁场中运动的时间长，故D错误。故选C。教材习题02 如图所示为回旋加速器工作原理示意图：置于高真空中的 A．粒子被加速后的最大速度 B．交变电源的周期等于 C．若只减小 D．粒子第3次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为
| 解题方法 A．粒子被加速后，当半径达到 B．粒子在磁场中做圆周运动的周期为 C．若只减小D形盒的半径，则粒子出离D型盒时的速度变小，则加速次数减少，则离开加速器的时间变短，故C正确； D．粒子第3次和第1次经过两D形盒间狭缝后，根据 |
【答案】C | |
形金属盒半径为
，两金属盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略。磁感应强度为
的匀强磁场与盒面垂直，加速电压为
。若
型盒圆心
处粒子源产生的粒子质量为
、电荷量为
、初速度为零，粒子在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响，则下列说法正确的是（ ）
形盒的半径，则粒子离开加速器的时间变短
形金属盒半径
速度最大，则
解得
故A错误；
所以交变电源的周期等于粒子在磁场中做圆周运动的周期，即为
故B错误；
，
可得
根据公式
可得
所以粒子第3次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为
故D错误。故选C。1、本网站所提供的信息，只供教育教学参考之用。
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