质谱仪与回旋加速器【教学目标】1．知道质谱仪的构造，会应用带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律分析相关问题。2．知道回旋加速器的构造和加速原理，理解粒子的回旋周期与加速电场的变化周期的关系。【教学重点】知道质谱仪的构造，会应用带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的规律分析相关问题。【教学难点】知道回旋加速器的构造和加速原理，理解粒子的回旋周期与加速电场的变化周期的关系。【教学过程】一、复习导入1．实例：如图所示为一具有圆形边界、半径为r的匀强磁场，磁感应强度大小为B，一个初速度大小为v0的带电粒子（质量为m，电荷量为q）沿该磁场的直径方向从P点射入，在洛伦兹力的作用下从Q点离开磁场。（1）可以证明，该粒子离开磁场时速度方向的反向延长线必过圆心。（2）设粒子离开磁场时的速度方向与进入磁场时相比偏转了θ角，则由图中几何关系可以看出tanθ2＝r/R＝qBrmv0可见，对于一定的带电粒子（m，q一定），可以通过调节B和v0的大小来控制粒子的偏转角度θ。2．特点：利用磁场控制带电粒子的运动，只能改变粒子的运动方向而不能改变粒子的速度大小。二、新课教学（一）质谱仪1．质谱仪的结构原理质谱仪主要用于分析同位素、测定其质量、荷质比和含量比，如图所示为一种常用的质谱仪。（1）离子发生器：发射出电量q、质量m的粒子，粒子从A中小孔S飘出时速度大小不计；（2）静电加速器C：静电加速器两极板M和N的中心分别开有小孔S1、S2，粒子从S1进入后，经电压为U的电场加速后，从S2孔以速度v飞出；（3）速度选择器D：由正交的匀强电场E0和匀强磁场B0构成，调整E0和B0的大小可以选择度为v0＝E0/B0的粒子通过速度选择器，从S3孔射出；（4）偏转磁场B：粒子从速度选择器小孔S3射出后，从偏转磁场边界挡板上的小孔S4进入，做半径为r的匀速圆周运动；（5）感光片F：粒子在偏转磁场中做半圆运动后，打在感光胶片的P点被记录，可以测得PS4间的距离L。装置中S、S1、S2、S3、S4五个小孔在同一条直线上。2．问题讨论：设粒子的质量为m、带电量为q（重力不计），粒子经电场加速由动能定理有：qU=12mv2①；粒子在偏转磁场中作圆周运动有：L=2mvBq②；联立①②解得：m=qB2L28U；qm=8UB2L2。另一种表达形式同位素荷质比和质量的测定：粒子通过加速电场，通过速度选择器，根据匀速运动的条件：v=EB0。若测出粒子在偏转磁场的轨道直径为L，则L=2R=2mvBq=2mEB0Bq，所以同位素的荷质比和质量分别为qm=2EB0BL；m=B0BqL2E。说明：①速度选择器...
