高二物理(回旋加速器)3

1、知識(shí)梳理知識(shí)梳理 1復(fù)合場(chǎng)復(fù)合場(chǎng) (1)疊加場(chǎng)：電場(chǎng)、疊加場(chǎng)：電場(chǎng)、磁場(chǎng)磁場(chǎng) 、重力場(chǎng)共存，或其中某、重力場(chǎng)共存，或其中某 兩場(chǎng)共存兩場(chǎng)共存 (2)組合場(chǎng)：電場(chǎng)與磁場(chǎng)各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并組合場(chǎng)：電場(chǎng)與磁場(chǎng)各位于一定的區(qū)域內(nèi)，并不重疊或在同一區(qū)域，電場(chǎng)、磁場(chǎng)不重疊或在同一區(qū)域，電場(chǎng)、磁場(chǎng) 交替交替 出現(xiàn)出現(xiàn)即即BqvEq BEv 帶正電帶正電的粒子的粒子（不計(jì)（不計(jì)重力）重力）EqBqvVE/BqvBqvBEqEqqvBqvBEqEq速度選擇器只選擇速度，速度選擇器只選擇速度，與電與電荷的正負(fù)無(wú)關(guān)荷的正負(fù)無(wú)關(guān). 帶電粒子必須以唯一確定的速帶電粒子必須以唯一確定的速度（包括大小、方向）才能勻速度

2、（包括大小、方向）才能勻速（或者說(shuō)沿直線）通過(guò)速度選擇（或者說(shuō)沿直線）通過(guò)速度選擇器器.否則偏轉(zhuǎn)否則偏轉(zhuǎn).如圖所示，一束正離子垂直射入正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)如圖所示，一束正離子垂直射入正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子仍保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，電場(chǎng)區(qū)域，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子仍保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)如果讓這些不偏轉(zhuǎn)的離子進(jìn)入另一勻未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)如果讓這些不偏轉(zhuǎn)的離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)這些離子又分成幾束，對(duì)這些進(jìn)入另一強(qiáng)磁場(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)這些離子又分成幾束，對(duì)這些進(jìn)入另一磁場(chǎng)的離子，可得出結(jié)論（磁場(chǎng)的離子，可得出結(jié)論（ ）A A它們的動(dòng)能一定各不相同它們的動(dòng)能一定各不相同B B它們的

3、電荷量一定各不相同它們的電荷量一定各不相同C C它們的質(zhì)量一定各不相同它們的質(zhì)量一定各不相同D D它們的電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同它們的電荷量與質(zhì)量之比一定各不相同練練1 1：粒子源（流體）：等離子束粒子源（流體）：等離子束負(fù)負(fù)電電荷荷B正電荷正電荷、原理原理d三、電磁流量計(jì)三、電磁流量計(jì)qdUEqBqv BdUv BdUBdUdSvQ442 S上上BIS下下vEq=BqvI=nqvS=nqvhdU=Eh=Bvhhd四、霍耳效應(yīng)四、霍耳效應(yīng)【例【例2】一個(gè)長(zhǎng)方體金屬塊放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一個(gè)長(zhǎng)方體金屬塊放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，若將金屬塊通以如圖所示的電流，則金屬塊若將金屬塊通以如圖所示的電流，則金屬塊上

4、下兩表面上下兩表面M、N間的電勢(shì)高低是間的電勢(shì)高低是 ( )AMNBMNCMND無(wú)法判定無(wú)法判定五、質(zhì)譜儀五、質(zhì)譜儀1.1.構(gòu)造構(gòu)造帶電粒子注入器帶電粒子注入器加速電場(chǎng)（加速電場(chǎng)（U U）速度選擇器（速度選擇器（E BE B1 1) )偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（B B2 2) )照相底片照相底片【例【例3】質(zhì)譜儀由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)】質(zhì)譜儀由靜電加速器、速度選擇器、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和顯示屏等組成帶電粒子從容器下方的小孔磁場(chǎng)和顯示屏等組成帶電粒子從容器下方的小孔進(jìn)入加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為零進(jìn)入加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為零若帶電粒子最若帶電粒子最后打在照相底片的后打在照相底片的P點(diǎn)點(diǎn),現(xiàn)測(cè)得現(xiàn)測(cè)得P到

5、入口到入口S的距離為的距離為x,已知已知B1，B2，E，求該帶電粒子的，求該帶電粒子的比荷比荷(U未知未知)xBBEmq212 221mvqU EqqvB 1rvmqvB22 rx2 U12SND形扁平銅盒（D形電極）磁極五、回旋加速器五、回旋加速器V1V2V3Vm回旋加速器回旋加速器V4qBmTT 2 磁磁場(chǎng)場(chǎng)電電場(chǎng)場(chǎng)工作原理工作原理電場(chǎng)加速電場(chǎng)加速磁場(chǎng)約束偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)約束偏轉(zhuǎn)加速條件加速條件KEqU rvmBqv2 注：每一個(gè)周期加速兩次注：每一個(gè)周期加速兩次. 目前世界上最大的回旋加速器在美國(guó)費(fèi)目前世界上最大的回旋加速器在美國(guó)費(fèi)米加速實(shí)驗(yàn)室，環(huán)形管道的半徑為米加速實(shí)驗(yàn)室，環(huán)形管道的半徑為2公

6、里。產(chǎn)公里。產(chǎn)生的高能粒子能量為生的高能粒子能量為5000億電子伏特。億電子伏特。二、回旋加速器二、回旋加速器V0V1V2V3V4V51、帶電粒子在兩、帶電粒子在兩D形盒中回旋周形盒中回旋周期等于兩盒狹縫之間高頻電場(chǎng)的期等于兩盒狹縫之間高頻電場(chǎng)的變化周期，粒子每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期，變化周期，粒子每經(jīng)過(guò)一個(gè)周期，被電場(chǎng)加速二次被電場(chǎng)加速二次2、將帶電粒子在狹縫之間的運(yùn)動(dòng)首尾連接起、將帶電粒子在狹縫之間的運(yùn)動(dòng)首尾連接起來(lái)是一個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)來(lái)是一個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)3、帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次，回旋半徑就增大一次，、帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次，回旋半徑就增大一次， 每次增加的動(dòng)能為每次

7、增加的動(dòng)能為 所有各次半徑之比為：所有各次半徑之比為：.3214、對(duì)于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半徑是相同的。、對(duì)于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半徑是相同的。5、回旋加速器的出現(xiàn)，使人類在獲得具有較高能量的粒子的方面前進(jìn)了一、回旋加速器的出現(xiàn)，使人類在獲得具有較高能量的粒子的方面前進(jìn)了一 大步，了解其它類型的加速器：大步，了解其它類型的加速器：直線加速器、同步加速器、電子感應(yīng)加速器、串列加速器、電子對(duì)撞機(jī)等直線加速器、同步加速器、電子感應(yīng)加速器、串列加速器、電子對(duì)撞機(jī)等qUKEmRqBmvEqBmv221R2222由最大半徑得：qUEn2回旋周數(shù)：nTt 所需時(shí)間：【例【例4】回

8、旋加速器如圖所示，已知】回旋加速器如圖所示，已知D形金屬盒形金屬盒半徑為半徑為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度為，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直。直。 A處粒子源產(chǎn)生的粒子，質(zhì)量為處粒子源產(chǎn)生的粒子，質(zhì)量為m、電荷、電荷量為量為+q ，在加速器中被加速，加速電壓為，在加速器中被加速，加速電壓為U。求：求： （1）求粒子第）求粒子第2次和第次和第1次經(jīng)過(guò)兩次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫形盒間狹縫后軌道半徑之比；后軌道半徑之比； （2）粒子獲得的最大）粒子獲得的最大動(dòng)能動(dòng)能E。（1）求粒子第）求粒子第2次和第次和第1次經(jīng)過(guò)兩次經(jīng)過(guò)兩D形盒間形盒間狹縫后軌道半徑之比狹縫后軌道半徑之比2121mvqU 21222121mvmvqU Bqmvr