5.6-1.2 洛伦兹力.pptVIP

5.6 洛伦兹力与现代科技 洛伦兹力的应用及习题 1.进一步掌握带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径和周期公式. 2.理解回旋加速器和质谱仪的工作原理及其用途. 3.了解洛伦兹力在现代科技中的广泛应用. 加速器是使带电粒子获得高能量的设备.用其获得高能量的带电粒子，去轰击各种原子核，以观察它们的变化. （一）直线加速器 加速原理：利用加速电场对带电粒子做正功使带电粒子的动能增加， qU=?Ek． 直线加速器，多级加速：多级加速装置的原理图： 由动能定理得带电粒子经n极的电场加速后增加的动能为： 1966年建成的美国斯坦福电子直线加速器管长3050米，电子能量高达22GeV 一、加速器作用和基本类型 加利佛尼亚斯坦福大学的粒子加速器 能不能让它小一点 直线加速器占有的空间范围大，延伸太长 1932年，美国物理学家劳仑斯发明了回旋加速器，从而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． (二）回旋加速器 如图，回旋加速器的核心部分为D形盒，它的形状有如扁圆的金属盒沿直径剖开的两半，每半个都象字母D的形状。两D形盒之间留有窄缝，中心附近放置离子源（如质子、氘核或α粒子源等）。在两D形盒间接上交流电源于是在缝隙里形成一个交变电场。由于电屏蔽效应，在每个D形盒的内部电场很弱。D形盒装在一个大的真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，这磁场的方向垂直于D形盒的底面。 回旋加速器外景图 二、回旋加速器介绍 × × × × × × × × 一次加速 ： （高压有限制，获取能量不高 ） 1、回旋加速器：利用磁场使带电粒子路径回旋，利用交变电场使带电粒子多次加速，可得到很高的能量。 组合场的实际应用实例 直线加速器占有的空间范围大，延伸太长 主要部件：上下磁极、D形盒、 静电偏转板F、高频电源、真空室。 设计思想：磁场用来实现回旋运动； 交变电场用于多次加速. 2、回旋加速器的原理： 最大能量： 最大能量与最大回旋半径R及磁感应强度B有关 × × × × × × × × 磁场使带电粒子改变运动方向； 交变电源适时改变方向， 使粒子到达电场时都被加速。 工作条件：电源周期与回旋周期相等: 计算回旋次数:转N 圈，加速2N 次，则有 静电偏转板 例1、如图的D形盒的半径为R，用来加速质量为m，带电量为q 的质子，使质子由静止加速到能量为Ekm 后，由A 孔射出。求： （1）加速器中匀强磁场B 的方向和大小.（2）设两D形盒间的距离为d，其间电压为U，加速到上述能量所需回旋周数. （3）加速到上述能量所需时间。 A ～U d 解（1） （2）质子每加速一次，能量增加为qU，每周加速两次， （3）周期T=2πm / qB且周期与半径r及速度v 都无关 B的方向垂直于纸面向里. 静电偏转板 例2、一回旋加速器，可把质子加速到v，使它获得动能EK （1）能把α粒子加速到的速度为？ （2）能把α粒子加速到的动能为？ （3）加速α粒子的交变电场频率与加速质子的交变电场频率之比为？ 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 C D 2、下列关于回旋加速器的说法中，正确的是 （ ） A.D形盒内既有匀强磁场，又有匀强电场 B.电场和磁场交替使带电粒子加速 C.磁场的作用是使带电粒做圆周运动，获得多次被加速的机会 D.带电粒子在D形盒中运动的轨道半径不断增大，周期也不断增大 C 对应练习 3、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？ D V=？ U B 这种D增大,EK跟着增大是有一定的限度的，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20兆电子伏． 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． 作业 课本家庭作业P127 1、2、3题 1、质谱仪的作用： 用来分析同位素和测量带电粒子质量的仪器 3)从而得出离子的比荷为 。 三、质谱仪 2、基本结构：磁极、加速电场、离子源、显示器（照相底片） 3、工作原理： 1)离子源产生的离子经加速电场加速,以v 进入速度选择器 2)经过速度选择器的离子，