公开课带电粒子在匀强磁场中的运动----第一课时.pptVIP

1．加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加，qU=?Ek． 由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为： 三、回旋加速器 1．1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，实现了在较小的空间范围内进行多级加速． （1）电场的作用： （2）磁场的作用： （3）交变电压： 问题2．带电粒子的最终能量是多少？ 　　当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由r=mv/qB得v= rqB/m，若D形盒的半径为R，则带电粒子的最终动能： 问题3：为什么带电粒子经回旋加速器加速后的最终能量与加速电压无关？ 　 解析：加速电压越高，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增加越多，导致带电粒子在D形盒中的回旋次数越少；反之，加速电压越低，粒子在D形盒中回旋的次数越多，可见加速电压的高低只影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出时的速度和相应的动能，由 * * 质谱仪,回旋加速器结 构与原理 带电粒子在匀强磁场中的运动 平行射入匀强磁场： 匀速直线运动 垂直射入匀强磁场： 带电粒子与磁场有一夹角射入匀强磁场:螺旋线.ppt 匀速圆周运动 等螺距的螺旋线运动 带电粒子在匀强磁场中的运动 圆心一定在与速度方向垂直的直线上 1.速度特征： 速度大小不变，而方向随时间变化。 2.半径特征： 3.周期特征 周期T与运动速度及运动半径无关 二、质谱仪 结构与原理 加速电场：使带电粒子加速 v= 偏转磁场区：使带电粒子轨迹发生偏转，并被拍照 偏转半径 r=mv/qB= 发明者：阿斯顿（汤姆生的学生 ） 精密测量带电粒子质量和分析同位素（测荷质比）的仪器 例1带电粒子在匀强磁 场中的运动 质谱仪.exe 2．直线加速器，多级加速 　如图所示是多级加速装置的原理图回旋加速器演示.swf： 加速器 （一）、直线加速器 3．直线加速器占有的空间范围大，在有限的空间范围内制造直线加速器受到一定的限制． 思考： 若需要很大的动能的粒子，利用直线加速器是否方便？为什么？那应该怎么办？ 1931年，加利福尼亚大学的劳 伦斯提出了一个卓越的思想，通 过磁场的作用迫使带电粒子沿着 磁极之间做螺旋线运动,把长长 的电极像卷尺那样卷起来，发明 了回旋加速器，第一台直径为27cm的回旋 回速器投入运行，它能将质子 加速到1Mev。 1939年劳伦斯获诺贝尔 物理奖。 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 2、原理回旋加速器的原理2.asf 利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件——两个D形盒和其间的窄缝内完成。 为了保证粒子每次经过窄缝时都被 加速，使之能量不断提高，须在窄 缝两侧加上跟粒子在D形盒中运动 周期相同的交变电流。 使粒子加速 使粒子回旋 问题1：粒子不断加速，它的速度和半径都在不断增大，为了满足同步条件，电源的频率也要相应发生变化吗？ 不需变化，因为带电粒子在匀 强磁场中的运动周期T= ， 与运动速率无关. 　所以，要提高加速粒子的最终能量，应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径R． 　　可知，增强B和增大R可提高加速粒子的最终能量，与加速电压高低无关． 问题4： 知：D越大，EK越大，是不是只要D不断增大， EK 就可以无限制增大呢? 实际并非如此．例如：用这种经典的回旋加速器来加速粒子，最高能量只能达到20MeV．这是因为当粒子的速率大到接近光速时，按照相对论原理，粒子的质量将随速率增大而明显地增加，从而使粒子的回旋周期也随之变化，这就破坏了加速器的同步条件． 结论 在磁场中做圆周运动,周期不变 每一个周期加速两次 电场的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同 电场一个周期中方向变化两次 粒子加速的最大速度由盒的半径R和磁场B有关，与U无关． 电场加速过程中,时间极短,可忽略 例2：回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求： （1） 粒子的回转周期是多大？ （2）高频电极的周期为多大？