[理化生]56洛伦兹力与现代科技回旋加速器课件.ppt

解析：选AD.A、C选项中粒子在电场中向下偏转，所以粒子带正电，再进入磁场后，A图中粒子应逆时针转，正确．C图中粒子应顺时针转，错误．同理可以判断B错，D对． 课堂互动讲练 带电粒子在有界磁场中的运动 例1 如图3－5－9所示，一束电子(电荷量为e)以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场中，穿透磁场时速度方向与原来入射方向的夹角是30°，则电子的质量是________，穿透磁场的时间是________． 图3－5－9 【思路点拨】　由于洛伦兹力总是垂直于速度方向，若已知带电粒子的任意两个速度方向，就可以通过作出两速度的垂线，找出两垂线的交点即为带电粒子做圆周运动的圆心． 变式训练1　如图3－5－10所示，在圆形区域里，有匀强磁场，方向如图所示，有一束速率各不相同的质子自A点沿半径方向射入磁场，这些质子在磁场中(　　) A．运动时间越长的，其轨迹所对应的圆心角越大 B．运动时间越长的，其轨迹越长 C．运动时间越短的，射出磁场时，速率越小 D．运动时间越短的，射出磁场时，速度方向偏转越小 图3－5－10 * * 问题1. 用什么方法可以加速带电微粒？ 如下图所示，真空中有一对平行金属板，两板间 电压为U。两板间有一个带正电微粒，由静止开始从 正极向负极板运动，当它到负极板可获得多大能量？ （不考虑粒子的重力） 答：利用电场可以加速带电粒子 + + + + U 问题2.要使一个带正电微粒获得更大的速度（能量）？ 答：采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。 + + + + + + 一级 二级 三级 四级 　五级 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。 粒子获得的能量：E=nqU 　　刚才讨论的直线加速器．这类加速器固然有其优点，但它的设备成一条直线，占地面积大，造价贵，我们自然会想：能否设计一种加速器，使带电粒子在较小范围内也能得到较高的能量呢？ 　　有的同学想到了加磁场使粒子旋转，加电场使粒子加速， 这个想法很好。如果让它们巧妙配合，使带电粒子边旋 转边加速就好了。 　早在1932年，美国物理学家劳伦斯就发明了这种装置——回旋加速器。从而使人类在获得较高能量的粒子方面迈了一大步，为此，劳伦斯获得了诺贝尔物理奖。 一、直线加速器 回旋加速器 二、回旋加速器 V0 V1 V2 V3 V4 V5 它的核心结构是两个D形的金属盒，两个D形盒接在电极上。D形盒中间有一个窄缝，中心附近有一个粒子源。整个装置放在巨大的电磁铁的两极之间。加速后的粒子最后由特殊装置引出。 1.带电粒子经两D形盒间的电场加速后，垂直磁场方向进入某一D形盒内，在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动，带电粒子在D形盒中的运动半径r=mv/Bq,带电粒子在一个D形盒中的运动时间t=T/2=πm/Bq. 2.使高频电源的周期T＝2πm/Bq,,则当粒子从一个D形盒飞出时，缝隙间的电场方向恰好改变，粒子在经过缝隙时再一次被加速，以更大的速度进入另一个D形盒。每经过缝隙一次，带电粒子的速度增大一次，在两D形盒内运动的轨道半径也逐渐增大。 交变电压的周期＝带电粒子在磁场中运动的周期 T＝2πm/Bq. 设粒子被引出D形盒前最后半周的轨道半径为R，则带电粒子从加速器飞出时的速度Vmax=BqR/m. 引出速度只与磁感强度和D形盒半径有关，与加速电压无关。因为加速电压只影响带电粒子加速的总次数。 4、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。 3、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，　 每次增加的动能为 粒子每经过一个周期，被电场加速二次 若忽略带电粒子在电场中运动时间，t可视为总时间。 2.若考虑带电粒子在电场中运动时间，将带电粒子在D形盒两缝隙间的运动首尾连接起来可视为是一个初速度为零的匀加速直线运动，有： 可求出t电。 t总= t电+ t磁 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？ 2.要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个什么电压？ 这个交变电场的周期和粒子在磁场中运动的周期有什么关系？ （不会。因为T＝2лm/qB） T0 ＝T＝2лm/qB 应加一个交变电场 例1：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是( ) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做匀速圆周运动 CD 例2：若要增大带电粒子的最终能量，可行的措施是