5-6洛伦兹力与现代科技z.ppt

1、5-6洛伦兹力与现代科技,世界上最大、能量最高的粒子加速器 欧洲大型强子对撞机,大型强子对撞机(LHC)有史以来 人为的最高能量粒子位于日内 瓦郊区瑞士与法国边界地下 的27公里长环形隧道中。,欧洲粒子物理研究中心(CERN),世界最大对撞机启动模拟宇宙大爆炸 中国参与研究,这项实验在深入地底100米、长达27公里的环型隧道内进行。科学家预计，粒子互相撞击时所产生的温度，比太阳温度还要高10万倍，就好比137亿年前宇宙发生大爆炸时那一剎那的情况。,在瑞士和法国边界地区的地底实验室内，科学家们正式展开了被外界形容为“末日实验”的备受争议的计划。他们启动了全球最大型的强子对撞机(LHC)，把次原子

2、的粒子运行速度加快至接近光速，并将互相撞击，模拟宇宙初开“大爆炸”后的情况。科学家希望借这次实验，有助解开宇宙间部分谜团。但有人担心，今次实验或会制造小型黑洞吞噬地球，令末日论流言四起。,一、直线加速器,问题2.如何获得较大的能量呢？,问题1.怎样使带电粒子加速？,增大两极板间电压,问题3.将电子的动能增加至20MeV，极板间的电压应为多大？,2107V,问题4.这样的电压，容易提供吗？安全吗？,洛伦兹力永远不做功。 磁场不能使带电粒子加速.,多级加速器,A,思考: 带电粒子穿越第n个圆筒时的动能为多大?,一、直线加速器,直线加速器,北京正负电子对撞机改造后的直线加速器,直线加速器占有的空间范

3、围大,能不能在较小的范围内实现多级加速呢？,化直为曲,劳伦斯（19011958）：美国物理学家,二、回旋加速器,回旋加速器的原理,（1）结构,1、结构： 两个D形盒及两个大磁极 D形盒间的窄缝 高频交流电,二、回旋加速器,构造：D形盒、强电磁铁、交流 电源、粒子源、导出装置,二、回旋加速器,以正粒子为例,二、回旋加速器,电场作用: 使带电粒子加速 磁场作用：使带电粒子偏转 加速条件：,原理,二、回旋加速器,优点：占地面积小； 缺点：获得的粒子的能量不高,想一想,二、回旋加速器,当 v可接近光速时:,粒子回旋周期:,粒子获得最大速度,粒子获得最大动能,与加速电压无关！,（4）粒子最后的V大小由盒

4、R决定。,回旋加速器,1、 ，每个T，加速两次。,2、带电粒子在电场中运动首尾连接，是v0=0的匀加速直线运动。,3、每加速一次，R增大一次，每次增加EK为 各次半径之比为：,4、同一回旋加速器，回旋最大半径相同。,5、由于相对论的限制，只能把粒子加速到一定的能量。,同步加速器 环形加速器,三、其他加速器,欧洲同步辐射加速器,诺贝尔物理奖获得者费米曾在1954年提出环绕地球建一台加速器的设想，称为费米的梦。其能量可达数千TeV（十亿）,费米梦想的加速器,北京正负电子对撞机：撞出物质奥秘,大科学装置的存在和应用水平，是一个国家科学技术发展的具象。它如同一块巨大的磁铁，能够集聚智慧，构成一个多学科

5、阵地。作为典型的大科学装置，北京正负电子对撞机的重大改造工程就是要再添磁力。,北京正负电子对撞机在我国大科学装置工程中赫赫有名，为示范之作。1988年10月16日凌晨实现第一次对撞时，曾被形容为“我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后，在高科技领域又一重大突破性成就”。北京正负对撞机重大改造工程的实施，将让这一大科学装置“升级换代”，继续立在国际高能物理的前端。 北京正负电子对撞机重大改造工程完工后，将成为世界上最先进的双环对撞机之一。,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

6、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,练 习,2、回旋加速器是加速带电粒子的装置，要增 大带电粒子射出的动能，则下列说法中正确的是（ ）,A.增大匀强电场间的加速电压 B.增大磁场的磁感应强度B C.减少狭缝间的距离 D.增大D形金属盒的半径,BD,练 习,3回旋加速器中： A.电场和磁场同时用来加速带电粒子 B.只有电场用来加速带电粒子 C.回旋回速器的半径越大，则在交变电源固定的前提下，同一带电粒子获得的动能也越大 D.一带电粒子不断被加速的过程中，交变电源的频率也要不断增加,B C,练 习,四、速度选择器,当qvB=qE时,带电粒子做匀速直线运动

7、 当Bqv qE时,粒子发生偏转. 选择速度 V=E/B 的粒子.,与粒子带电正负无关. 与质量无关(重力不计) 与速度方向有关单向性,四、速度选择器,1、构造,带电粒子注入器 加速电场（U） 速度选择器（E, B1） 偏转磁场（B2） 照相底片,五、质谱仪,、质谱仪：分析同位素和测量带电粒子质量的仪器。,4、质谱仪工作原理,五、质谱仪,等离子体喷入磁场区域，磁场区域中有两块金属板A和B，正、负离子在洛伦兹力作用下发生上、下偏转而聚集到A、B板产生电势差。,当qE=qvB时，两板间U最大。,六、磁流体发电机,如图：是用来测定导电液体在导管中流动时流量的仪器，导管直径为d，用非磁性材料制成，磁感

8、应强度为B，a、b间测出电势差为U。,则流量,七、磁流流量计,例题,如图所示，一束质量、速度和电量不等的正离子垂直地射入匀强磁场和匀强电场正交的区域里，结果发现有些离子保持原来的运动方向，未发生任何偏转如果让这些不偏转离子进入另一匀强磁场中，发现这些离子又分裂成几束对这些进入后一磁场的离子，可得出结论：,A它们的动能一定各不相同； B它们的电量一定各不相同； C它们的质量一定各不相同； D它们的电量与质量之比一 定各不相同,D,解：,由R=mvm/qB,有vm=RqB/m,加速次数：,运行时间,d=0.01cm,在电场中运动的时间 ?,加速器运动的总时间?,3如图所示，在回旋加速器的D形盒的O处有一离子源，该离子源产生的离