课程总体目标

了解质谱仪原理：粒子经加速电场获速再进磁场偏转，半径 r=√(2mU)/(qB) 分开同位素；了解回旋加速器用磁场控轨、交变电场多次加速，周期 T=2πm/(qB) 同步，相对论限制能量上限。

具体学习目标

本课程共设置 6 项学习目标，涵盖知识理解、技能应用与科学探究三个维度。

1
质谱仪

了解质谱仪先加速后偏转，由半径差异分开质量不同的粒子。

知识理解
2
质谱半径

掌握 r=√(2mU)/(qB)，电荷相同质量不同则半径不同。

知识理解
3
同位素

理解质谱仪可测定同位素质量比与荷质比。

技能应用
4
回旋思路

理解用磁场控轨、交变电场多次加速以缩小装置体积。

知识理解
5
同步加速

掌握 D 形盒内 T=2πm/(qB) 与速度无关，实现同步加速。

科学探究
6
能量上限

知道相对论使高速时质量增大、周期变长，限制能量上限。

技能应用

学习路径时间线

  • 1
    认知阶段

    由阿斯顿发现同位素引入质谱仪原理。

  • 2
    巩固阶段

    讲加速电场动能定理与磁场圆周运动，推导半径公式分开同位素。

  • 3
    练习阶段

    讲回旋加速器思路、同步加速与最大动能，说明相对论能量上限。

完成后你将掌握

质谱仪：qU=½mv² 加速，r=mv/(qB)=√(2mU)/(qB)；电荷同、质量异则半径异，分开同位素。
回旋加速器：磁场控轨、交变电场每次过缝加速；T=2πm/(qB) 与 v 无关，f=qB/(2πm) 同步。
回旋最大动能 Ekm=q²B²R²/(2m)（R 为 D 形盒半径）；相对论使 m 增大、T 变长，破坏同步，上限约 25~30 MeV。