磁场中的电学仪器幻灯片.pptVIP

* 夏邑第一高级中学分校 探究任务： 1；从受力分析的角度，分析物理过程。 2：从功能关系的角度，分析物理过程。 三、复合场中的物理模型及应用 1、速度选择器 2.质谱仪 3.磁流体发电机 4.回旋加速器 在磁场中做圆周运动,周期不变 每一个周期加速两次 电场变化周期与在磁场中运动的周期相同 电场一个周期中方向变化两次 最大半径与最大速度相对应 电场加速过程中,时间极短,可忽略 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 + U + + + 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： 筒间加速 筒内静电屏蔽 ①利用电场加速带电粒子； ②通过多级加速获得高能粒子； ③将加速电场以外的区域静电屏蔽； ④采用交变电源提供加速电压； ⑤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 直线加速器占地太大，能不能让它小一点 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． 三、回旋加速器 1、结构： ① 两个D形盒及两个大磁极 ② D形盒间的窄缝 ③ 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=? D V=？ U B 解： 当粒子从D形盒出口飞出时， 粒子的运动半径=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? D V=？ U B 问题7： D越大，EK越大，是不是只要D不断增大， EK 就可以无限制增大呢? 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．目前世界上最大的加速器已能使质子达到10000亿eV(106MeV)以上的能量．