5.6洛伦兹力与现代科技(回旋加速器)课件

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1、5.6洛伦兹力与现代科技问题1.用什么方法可以加速带电微粒？如下图所示，真空中有一对平行金属板，两板间电压为U。两板间有一个带正电微粒，由静止开始从正极向负极板运动，当它到负极板可获得多大能量？（不考虑粒子的重力）答：利用电场可以加速带电粒子++++U问题2.要使一个带正电微粒获得更大的速度（能量）？答：采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。++++++一级二级三级四级　五级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，

2、步调一致，即要满足同步条件。粒子获得的能量：E=nqU刚才讨论的直线加速器．这类加速器固然有其优点，但它的设备成一条直线，占地面积大，造价贵，我们自然会想：能否设计一种加速器，使带电粒子在较小范围内也能得到较高的能量呢？有的同学想到了加磁场使粒子旋转，加电场使粒子加速，这个想法很好。如果让它们巧妙配合，使带电粒子边旋转边加速就好了。早在1932年，美国物理学家劳伦斯就发明了这种装置——回旋加速器。从而使人类在获得较高能量的粒子方面迈了一大步，为此，劳伦斯获得了诺贝尔物理奖。一、直线加速器回旋加速

3、器二、回旋加速器V0V1V2V3V4V5它的核心结构是两个D形的金属盒，两个D形盒接在电极上。D形盒中间有一个窄缝，中心附近有一个粒子源。整个装置放在巨大的电磁铁的两极之间。加速后的粒子最后由特殊装置引出。1.带电粒子经两D形盒间的电场加速后，垂直磁场方向进入某一D形盒内，在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动，带电粒子在D形盒中的运动半径r=mv/Bq,带电粒子在一个D形盒中的运动时间t=T/2=πm/Bq.2.使高频电源的周期T＝2πm/Bq,,则当粒子从一个D形盒飞出时，缝隙间的电场方向恰好改变，

4、粒子在经过缝隙时再一次被加速，以更大的速度进入另一个D形盒。每经过缝隙一次，带电粒子的速度增大一次，在两D形盒内运动的轨道半径也逐渐增大。交变电压的周期＝带电粒子在磁场中运动的周期T＝2πm/Bq.设粒子被引出D形盒前最后半周的轨道半径为R，则带电粒子从加速器飞出时的速度Vmax=BqR/m.引出速度只与磁感强度和D形盒半径有关，与加速电压无关。因为加速电压只影响带电粒子加速的总次数。4、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。3、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，　每

5、次增加的动能为粒子每经过一个周期，被电场加速二次若忽略带电粒子在电场中运动时间，t可视为总时间。2.若考虑带电粒子在电场中运动时间，将带电粒子在D形盒两缝隙间的运动首尾连接起来可视为是一个初速度为零的匀加速直线运动，有：可求出t电。t总=t电+t磁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？2.要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个什么电压？这个交变电场的周期和粒子在磁场中运动的周期有什么关系？（不会。因为T＝2лm/qB）T0＝T＝2лm/qB应加一个交变电场例

6、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：若要增大带电粒子的最终能量，可行的措施是：（）A、只增大电压UB、只增大回旋次数nC、只增大半径RD、只增大磁感应强度BCD例3.用同一回旋加速器分别对质子和氘核加速后（）A质子获得的动能大于氘核获得的动能B质子获得的动能等于氘核获得的动能C质子获得的动能小于氘核获得的动能D

7、无法确定A例4：回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒间的交变电压为U＝2×104V，静止质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径R＝1m，磁场的磁感应强度B＝0.5T，质子的质量m＝1.67×10－27Kg。问：（1）质子经回旋加速器最后得到的动能是多大？共加速了多少次？（2）交变电源的频率是多大？动能：1.92×10-12J次数6.0×102频率：7.6×106Hz例5：如图所示，在回旋加速器的D形盒Ⅰ的O处有一离子源，该离子源产生的离子，经两个D形盒缝隙间的电场加速后，进入D形盒Ⅱ，试求

8、在D形盒Ⅱ中相邻两个圆形轨道的半径之比。高频电源ⅠⅡ解析：设经过n次加速离子获得的速度为Vn,则离子再进入Ⅱ盒又经过2次加速第n次时第n＋2次时由（1））（3）得由（2）（4）得2．回旋加速器(1)构造图：如图3－5－3图3－5－3回旋加速器的核心部件是两个_________.D形盒不变二、对回旋加速器的正确认识1．回旋加速器的原理回旋加速器的工作原理如图3－5－6所示．放在A0处的粒子源发出一个带正电的粒子，它以某一速率v0垂直进入匀强磁场中，在磁场中做匀速圆周运动．经过半个周期，当它沿着半圆