5.洛伦兹力的应用.ppt

1、回旋加速器,高中物理,观看视屏北京正负电子对撞机 思考：（1）什么是高能粒子 （2）怎样获得高能粒子,观看视频,在现代物理学中，人们要用能量很高的带电粒子去轰击各种原子核，观察它们的变化情况。怎样才能在实验室大量产生高能量的带电粒子呢？这里介绍一种常用的实验设备-,加速器,引入新课,那就需要电场对带点粒子进行加速 怎样加速的呢?,如何使电子获得较大能量？,2、带电粒子在电场中运动情况,设加速电压为U，电子经加速后增加的能量是多少？,粒子增加的能量：E=qU,粒子增加的能量：E=nqU,多级加速,匀速直线运动,加速运动,早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一或两次，因而粒子所能达到的能量受

2、到高压技术的限制。而且为了使带电粒子达到很高的速度，必然要经过多次加速，因此直线加速器得体积通常都较大,直线加速器,世界最大直线加速器：斯坦福大学直线加速器,2英里长的直线加速管,2英里长的直线加速管,二、回旋加速器,能不能建造一种加速器，在较小的空间范围内让粒子受到多次加速获得所需要的能量呢？,1932年美国科学家劳伦斯发明了回旋加器，巧妙地应用带电粒子在磁场中运动特点解决了这一问题。为此，劳伦斯于1939年获得了诺贝尔物理学奖。,直线加速器的缺点：,体积通常较大，占地面积大。,回旋加速器,1.构造： D形盒、 强电磁铁、 交变电源、 粒子源、 引出装置等组成.,1、结构： 两个D形盒及两个

3、大磁极 D形盒间的窄缝 高频交流电,2、原理,工作原理：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。, 磁场：使带电粒子回旋 电场：使带电粒子加速,受力与运动分析,D形盒内(电场被屏蔽）,粒子只受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动，运动周期不变,两盒狭缝之间,不考虑磁场的影响，只考虑电场力作用，粒子在电场力作用下做加速运动。,1、带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，粒子每经过一个周期，被电场加速多少次？,2、设加速电压为U，粒子的电量为q，则每次加速增加的动能为,探究一：粒子在回旋加速器

4、中运动时间,3、若粒子的电量为q，最终能量为E，加速电压为U，则回旋 圈数为,4、若每次加速时的电压为U，将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起来可看成什么运动？,一个初速度为零的匀加速直线运动,探究,5、D形盒的半径为R，两盒间距为d，质子在电场中加速次数与回旋半周的次数相同，加速电压大小可视为不变，比较：质子在电场中的加速时间与质子在D形盒中运动时间,在D形盒中回旋时间为,分析：设质子最终速度为v，加速次数为n,由于R远远大于d，故可忽略粒子在电场中运动时间,比较：,结论：粒子在加速器中运动总时间为 t总 = nT/2，n为加速次数,在电场中加速时间为,分析；对于同一回旋加速器，其粒子回旋的最大半径是相同的（回旋的最大半径等于D形盒的半径），设最大半径为R，最终能量为E。,结论：粒子的最终能量与加速电压无关，与回旋的最大半径有关。加速电压的高低只会影响加速次数，并不影响加速后的最大动能,探究二：粒子最终能量,思考：粒子的最终能量与加速电压有关吗？,小结：回旋加速器,1、加速电场的周期等于回旋周期（交流电源的频率等于粒子做匀速圆周运动的频率。,2、粒子在电场中运动时间远小于在磁场中运动的时间，故粒子在回旋加速器中运动总时间可认为等于在磁场中运动时间。,4、在粒子的质量、电荷