3.6带电粒子在匀强磁场中的运动第3课时1啊课件

1、带电粒子 在匀强磁场中的运动,1)圆半径r,2)周期T,复习:带电粒子在匀强磁场中的运动,半径r跟速率v成正比.,周期T跟圆半径r和速率v均无关.,带电粒子垂直射入匀强磁场做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,加速器,问题1：用什么方法可以加速带电粒子?,利用加速电场可以加速带电粒子,问题2：要使一个带正电粒子获得更大的 速度(能量)?,采用多个电场,使带电粒子多级加速,采用上图进行多级加速,真的可行吗?有什么问题?如何改进?,改进办法：采用静电屏蔽 可以用金属圆筒代替原来的极板这样，既可以在金属圆筒的间隙处形成加速电场，又使得圆筒内部的场强为零，从而消除了减速电场的不利影响,加速,匀速,进一步

2、改进： 为了简化装置，我们可用一个公用电源来提供各级的加速电压,如果我们要加速一带正电的粒子,若电源的极性保持恒定（始终为A正B负）,你认为这个粒子能够“一路顺风”,不断加速吗?,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。,直线加速器,多级直线加速器应具备的条件：,利用电场加速带电粒子；,通过多级加速获得高能粒子；,将加速电场以外的区域静电屏蔽；,采用交变电源提供加速电压；,电场交替变化与带电粒子运动应满足同步条件,斯坦福大学的加速器,1932年,美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，从而

3、使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖,三、回旋加速器,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,三、回旋加速器,2、原理,交变电压：保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速。,用磁场控制轨道、用电场进行加速,问题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?,问题2：在回旋加速器中，如果两个D型盒不是分别接在高频交流电源的两极上，而是接在直流的两极上，那么带电粒子能否被加速？请在图中画出粒子的运动轨迹。,?,问题3：要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个 电压。,交变,交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运

4、动的周期TB,根据下图，说一说为使带电粒子不断得到加速，提供的电压应符合怎样的要求？,问题4：回旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些因素决定?,观点1：认为电场是用来加速的，磁场是用来回旋的，最终的能量应与磁场无关。应与电场有关，加速电压越高，粒子最终能量越高。对吗？,观点2： 运动半径最大Rm=mVm/qB,得 Vm=qBRm/m 半径最大时，速度也应最大。 带电粒子的运动最大半径等于D形盒的半径时，粒子的速度达到最大。对吗？,问题5：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U， 求：从出口射出时，粒子的速度v=?,解： 当粒子从D形盒出口飞出时， 粒子的运动半径=

5、D形盒的半径,问题6：已知D形盒的直径为D，匀强磁场的磁感应强度为B，交变电压的电压为U， 求:(1)从出口射出时，粒子的动能Ek=? (2)要增大粒子的最大动能可采取哪些措施?,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,为了获得更高能量的带电粒子，人们又继续寻找新的途径例如，设法使交变电源的变化周期始终与粒子的回旋周期保持一致，于是就出现了同步回旋加速器除此之外，人们还设计制造出多种其它的新型加速器目前世界上最

6、大的加速器已能使质子达到10000亿eV(106MeV)以上的能量,美国费米实验室加速器,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：质量为m、带电量为q的带电粒子在回旋加速器中央狭缝的正中间由静止释放，在电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动，设电场的加速电压为U，则粒子第一次做匀速圆周运动的轨道半径R0= ，粒子在磁场中的周期T= 。,交变电压的周期T=?,例3：一回旋加速器，可把质子加速到v，使它获得动能EK （1）能把粒子加速到的速度为? （2）能把粒子加速到的动能为? （3）加速粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为?,2、交变电场的周期和粒子的运动周期T相同-保证粒子每次经过交