二零二三年 优质公开课回旋加速器.ppt

高二物理回旋加速器一.引子在现代物理学中，为了研究物质的微观结构，人们往往利用能量很高的带电粒子作为“炮弹”，去轰击各种原子核，以观察它们的变化规律．为了大量地产生高能粒子，就要用到一种叫做加速器的实验设备．同学们一定听说过北京正负电子对撞机吧，它就是我国于1989年初投入运行的第一台高能粒子加速器，它能使正负电子束流的能量分别达到28亿电子伏．二、直线加速器①利用电场加速带电粒子；②通过多级加速获得高能粒子；③将加速电场以外的区域静电屏蔽；④采用交变电源提供加速电压；⑤电场交替变化与带电粒子运动应满足同步条件．加速电压为u，带电粒子电量为q．带电粒子从静止可加速到能量由于电压的限制，所以一次加速后粒子获得的能量较小采取多级加速的办法，经过几次加速后粒子的能量北京正负电子对撞机的注入器部分，就是一个全长200多米的直线加速器．这类加速器固然有其优点，但它的设备一字儿排开，往往显得拖沓冗长．直线加速器可使粒子获得足够大的能量．但它占地面积太大三、回旋加速器接在两极板间的交变电压的周期T当带电粒子速度最大时，其运动半径也最大由动能定理得：要提高加速粒子最后的能量，应尽可能增大磁感应强度B和加速器的半径优点是使带电粒子在较小的空间受到电场的多次加速，而使粒子获得较高的能量.缺点是这种经典的加速器使粒子获得的能量不会很高，因为粒子能量很高时，它的运动速度接近光速，按照狭义相对论，粒子质量将随着速率的增加而显著地增回旋加速器课堂练习1、1989年初，我国投入运行的高能粒子加速器可把电子的能量加速到2.8GeV(1GeV=109eV)，若每级的加速电压U=20000V，需采用几级加速器？1.4×1052、如图所示，在匀强磁场中放置一块与磁感线平行的均匀薄铅板，一个带电粒子进入匀强磁场，以半径R1=0.20m,做匀速圆周运动，第一次垂直穿过铅板后，转动半径变为R2=0.19m，若每次穿越铅板的过程中阻力大小不变，粒子电量也不变，则粒子还能穿过铅板几次?3、如图所示，平行板电容器的极板沿水平方向放置，电子束从电容器左侧正中央a沿水平方向入射，电子的初速度为v0，在电场力的作用下，刚好从c点射出，射出时速度为v，现保持电场不变，再加一匀强磁场，磁场方向跟电场和电子入射的方向都垂直，使电子刚好由b点射出，c、b两点的位置相对于中线ad对称，则在d点射出时每个电子的动能等于________．4、一个回旋加速器，当外加磁场一定时，可以把质子的速率加速到v，质子所获得的能量为正.（1）这一加速器能把α粒子加速到多大速率_______A.v B.v/2C.2v D.v/4(2)这一加速器加速α粒子的电场频率跟加速质子的电场频率之比为_______A.1∶1B.2∶1 C.1∶2D.1∶45、利用回旋加速器来加速质量为m，带电量为q的带电粒子，如果加速电压u以及匀强磁场的磁感应强度B已知，则将上述带电粒子的能量加速到E所需的时间为多少？6、回旋加速器的D形盒半径为R=0.60m，两盒间距为d=0.01cm,用它来加速质子时可使每个质子获得的最大能量为4.0MeV，加速电压为u=2.0×104V,求：（1）该加速器中偏转磁场的磁感应强度B.（2）质子在D形盒中运动的时间.（3）在整个加速过程中，质子在电场中运动的总时间.（已知质子的质量为m=1.67×10-27kg，质子的带电量e=1.60×10-19C）7、如图所示为一回旋加速器的示意图，已知D形盒的半径为R，中心上半面出口处O放有质量为m、带电量为q的正离子源，若磁感应强度大小为B，求：（1）加在D形盒间的高频电源的频率.（2）离子加速后的最大能量.（3）离子在第n次通过窄缝前后的速度和半径之比8、如图所示是回旋加速器示意图，一个扁圆柱形的金属盒子，盒子被分成两半（D形电极）分别与高压交变电源的两极相连，在裂缝处形成一个交变电场，在两D形电极裂缝的中心靠近一个D形盒处有一离子源K，D形电极位于匀强磁场中，磁场方向垂直于D形电极所在平面，由下向上，从离子源K发出的离子（不计初速，质量为m、电量为q）在电场作用下，被加速进入盒D，又由于磁场的作用，沿半圆形的轨道运动，并重新进入裂缝，这时恰好改变电场的方向，此离子在电场中又一次加速，如此不断循环进行，最后在D盒边缘被特殊装置引出.(忽略粒子在裂缝中的运动时间)（1）试证明交变电源的周期T=（2）为使离子获得E的能量，需加速多长时间？（已知加速电压为u，裂缝间距为d，磁场的磁感应强度为B）（3）试说明粒子在回旋加速器中运动时，轨道是不等间距分布的.**