3.6带电粒子在匀强磁场中的运动(第3课时).ppt

* * 第三章 磁场 1)圆半径r 2)周期T 复习:带电粒子在匀强磁场中的运动 2 v qvB m r = 2 r T v p = 半径r跟速率v成正比. 周期T跟圆半径r和速率v均无关. 带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动 洛伦兹力提供向心力 加速器 问题1：用什么方法可以加速带电粒子? 利用加速电场可以加速带电粒子 + U + + + 问题2：要使一个带正电粒子获得更大的 速度(能量)? 采用多个电场,使带电粒子多级加速 　　采用上图进行多级加速,真的可行吗?有什么问题?如何改进? 改进办法：采用静电屏蔽 可以用金属圆筒代替原来的极板．这样，既可以在金属圆筒的间隙处形成加速电场，又使得圆筒内部的场强为零，从而消除了减速电场的不利影响． 加速 匀速 进一步改进： 为了简化装置，我们可用一个公用电源来提供各级的加速电压． 如果我们要加速一带正电的粒子,若电源的极性保持恒定（始终为A正B负）,你认为这个粒子能够“一路顺风”,不断加速吗? 　　 为了实现带电粒子的多级加速，应该采用交变电源，使粒子进入每一级都能继续加速。并且电源极性的变化还必须与粒子的运动配合默契，步调一致，即要满足同步条件。 直线加速器 多级直线加速器应具备的条件： 筒间加速 筒内静电屏蔽 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． 斯坦福大学的加速器 直线加速器占地太大，能不能让它小一点 1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步．为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖． 三、回旋加速器 1、结构： ① 两个D形盒及两个大磁极 ② D形盒间的窄缝 ③ 高频交流电 三、回旋加速器 2、原理 交变电压：保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速。 用磁场控制轨道、用电场进行加速 问题1：粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动周期会增加吗? 问题2：在回旋加速器中，如果两个D型盒不是分别接在高频交流电源的两极上，而是接在直流的两极上，那么带电粒子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。 ? 问题3：要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个 电压。 交变 交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB 根据下图，说一说为使带电粒子不断得到加速，提供的电压应符合怎样的要求？ 问题4：回旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些因素决定? 观点1：认为电场是用来加速的，磁场是用来回旋的，最终的能量应与磁场无关。应与电场有关，加速电压越高，粒子最终能量越高。对吗？ 观点2： ∵运动半径最大Rm=mVm/qB,得 Vm=qBRm/m 　 ∴半径最大时，速度也应最大。 ∴带电粒子的运动最大半径等于D形盒的半径时，粒子的速度达到最大。对吗？ 问题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：从出口射出时，粒子的速度v=? D V=？ U B 解： 当粒子从D形盒出口飞出时， 粒子的运动半径=D形盒的半径 问题6：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? D V=？ U B