广东省陆河外国语学校高中物理《专题三 回旋加速器（1课时）》教案 粤教版选修31.doc

广东省陆河外国语学校高中物理专题三 回旋加速器（1课时）教案（粤教版选修3-1）1、回旋加速器的工作原理 .图1如图1所示，在图中的真空室里有两个铜质d形盒d1、d2，其间留有一个空隙，并加以高频交变电流，且使高频电流的周期与带电粒子在d形盒中的运动周期相同。离子源处于中心o附近，匀强磁场垂直穿过d形盒表面。由于d形盒屏蔽了电场，所以带电粒子在d形盒中只受洛伦兹力的作用而做匀速圆周运动，运动半周后带电粒子到达两d形盒窄缝，并被窄缝间的电场加速，加速后的带电粒子进入另一d形盒，由粒子在洛伦兹力的作用下做圆周运动的半径公式知，它运动的半径将增大，由运动的周期公式可知，其运动周期与运动速度无关，即它运动的周期不变，它运动半个周期后又达到窄缝再次被加速，如此继续下去，带电粒子不断地被加速，在d形盒中做半径逐渐增大，但周期不变的圆周运动。 磁场的作用：交变电场以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，其周期在q、m、b不变的情况下与速度和轨道半径无关，带电粒子每次进入d形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场加速。 电场的作用：回旋加速器的的两个d形盒之间的夹缝区域存在周期性变化并垂直于两个d形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。 v0v0图2 交变电压的作用：为保证交变电场每次经过夹缝时都被加速，使之能量不断提高，须在在夹缝两侧加上跟带电粒子在d形盒中运动周期相同的交变电压，即 .2、回旋加速器的作用 .回旋加速器有效解决了直线加速度受空间及电压的限制，只有在粒子处在电场中运动时才被加速，磁场只对粒子起到一个改变运动方向的作用（即回旋作用），达到了使粒子能够在相对较小的空间、在同一电场中得到加速的目的。3、带电粒子在回旋加速器中获得的能量 .由于带电粒子在回旋加速器中被加速后，离开加速器时所做圆周运动的半径应等于d形盒的半径，若设d形盒的半径为r ，则粒子被加速后离开加速器时的速度与r间的关系为： 而带电粒子每被电场加速一次，其获得的能量为qu ，根据动能定理qu=ek ,设带电粒子被加速的次数为n ，则粒子在离开加速器时的总动能为 联立式可解得 ，则获得的最大动能为 .由以上分析可以得到以下两个结论： （）在磁感应强度b与带电粒子的质量m、电荷量q一定的前提下，带电粒子在回旋加速器中被加速的次数n与d形盒的最大半径r和电场电压u有关。（）在磁感应强度b与带电粒子的质量m、电荷量q一定的前提下，带电粒子在加速器中获得的最大动能ekmax只与d形盒的半径r有关，与电场电压u无关。这是因为加速电压越大，带电粒子每次加速的动能增量越大，回旋半径也增大得越多，导致带电粒子在d形盒中的回旋次数越少；反之，加速电压越小，粒子在d形盒中的回旋的次数越多，可见加速电压只影响带电粒子加速的总次数，并不影响vmax和相应的动能ekmax 。而d形盒中的磁场的磁感应强度b越大，轨道半径就增加得越慢，粒子在d形盒中加速的总次数就越多，在加速电压一定的条件下，带电粒子的最大动能就越大。【例1】已知回旋加速器d形盒内匀强磁场的磁感应强度b=1.5t， d形盒的半径r=60cm ，两盒间隙d=1.0cm，两盒间电压u=2.0104v，今将粒子接近于间隙中心某点向d形盒内以近似于零的初速度垂直于半径的方向射入，求粒子在加速器内运行的时间。【分析】：回旋加速器最基本的原理是电场加速和磁场偏转。由于被加速粒子做圆周运动的周期与速度无关，而且是恒定的，每一周期被加速两次，得到粒子最后的能量，即可知加速次数，进一步可知经历几个半周期，就可求出总的运行时间。 【解析】：粒子