回旋加速器課件

磁場的幾個實際應用一、回旋加速器在現(xiàn)代物理學中為了進一步研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)，需要用能量很高的粒子來轟擊原子核。為了使帶電粒子獲得如此高的能量，就必須設計一個能給粒子加速的裝置－－加速器問題1：用什么方法可把帶電粒子加速呢？問題2：帶電粒子電荷、質(zhì)量一定，要使它獲得的能量增加可采用什么方法呢？問題3：單靠增加電壓不能達到所需的動能，要使動能增加該怎么辦呢？問題4：多級加速方法可行，但所占的空間太大，能不能在較小的空間范圍內(nèi)實現(xiàn)多級加速呢？

早在1932年，美國物理學家勞倫斯就發(fā)明了這種裝置——回旋加速器。從而使人類在獲得較高能量的粒子方面邁了一大步，為此，勞倫斯獲得了諾貝爾物理獎。1.結(jié)構(gòu)：2.工作原理：（1）電場的作用：加速（2）磁場的作用：使粒子的速度方向改變思考：1.電場方向始終不變，粒子將怎么運動？2.再進入電場，電場方向應該怎樣加較好？3.若兩個磁場磁感應強度相同，在兩個磁場中的運動時間是否相同？4.若忽略粒子在電場中運動的時間，電場方向變化的周期應該為多少？5.粒子在半徑一定（為R）的加速器中加速獲得的最大速度與什么因素有關？與電場的電壓、磁場的磁感應強度是否有關？R越大，B越大，粒子獲得的能量E越大。E與加速電壓U無關回旋加速器擴展1、帶電粒子在兩D形盒中回旋周期等于兩盒狹縫之間高頻電場的變化周期，粒子每經(jīng)過一個周期，被電場加速幾次？2、帶電粒子每經(jīng)電場加速一次，回旋半徑就增大一次，每次增加的動能為多少？所有各次半徑之比為多少？3、若忽略帶電粒子在電場中運動時間，如何求粒子在加速器中運動的總時間t？

4.若考慮帶電粒子在電場中運動時間，如何求粒子在電場中的運動時間t電？

將帶電粒子在D形盒兩縫隙間的運動首尾連接起來可視為是一個初速度為零的勻加速直線運動，有：可求出t電。t總=t電+t磁二、質(zhì)譜儀13例：（2001年全國理綜）下圖是測量帶電粒子質(zhì)量的儀器工作原理示意圖，設法使某有機化合物的氣態(tài)分子導入圖中所示的容器A中，使它使受到電子束轟擊，失去一個電子變成為正一價的分子離子。分子離子從狹縫s1以很小的速度進入電壓U的加速電場區(qū)（初速不計），加速后，再通過狹縫s2、s3

射入磁感強度為B的勻強磁場，方向垂直于磁場區(qū)的界面PQ。最后，分子離子打到感光片上，形成垂直于紙面且平行于狹縫s3的細線，若測得細線到狹縫s3的距離為d，導出分子離子的質(zhì)量m的表達式。PAdUBS1S2S3感光片14◆磁流體發(fā)電機、電磁流量計、霍爾效應（磁強計）磁流體發(fā)電機①進入磁場的粒子帶正、負電荷②當Eq=Bqv時兩板間電勢差達到最大電磁流量計①流動的導電液體含有正、負離子U=Bdv②流量指單位時間內(nèi)流過的體積：Q=Sv③當液體內(nèi)的自由電荷所受電場力與洛侖茲力相等時，a、b間的電勢差穩(wěn)定。霍爾效應（磁強計）①導體中通過電流時，在運動的電荷為電子，帶負電；②當電子所受電場力與洛侖茲力相等時，導體上、下側(cè)電勢差穩(wěn)定。練習：為監(jiān)測某化工廠的污水排放量，技術人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計。該裝置由絕緣材料制成，長、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開口。在垂直于上下底面方向加磁感應強度大小為B的勻強磁場，在前后兩個內(nèi)側(cè)面分別固定有金屬板作為電極。污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時，電壓表將顯示兩個電極間的電壓U。若用Q表示污水流量（單位時間內(nèi)排出的污水體積），下列說法中正確的是

A．若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢高B．若污水中負離子較多，則前表面比后表面電勢高C．污水中離子濃度越高電壓表的示數(shù)將越大D．污水流量Q與U成正比QBabc

【課外練習】：圖為一種獲得高能粒子的裝置。環(huán)行區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的、大小可調(diào)節(jié)的均勻磁場。質(zhì)量為m，電量為+q的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運動。A、B為兩塊中心開有小孔的極板。原來電勢都為零，每當粒子飛經(jīng)A板時，A板電勢升高為+U，B板電勢仍保持為零，粒子在兩板間的電場中得到加速。每當粒子離開B板時，A板電勢又降為零。粒子在電場中一次次加速下動能不斷增大，而半徑不變。（1）t=0時粒子靜止在A板小孔處，在電場力作用下加速，并繞行第一圈。求

粒子繞行n圈回到A板時獲得的總動能EK總（2）為使粒子始終保持在半徑為