带电粒子在匀强磁场中运动的应用精品.pptVIP

回旋加速器的局限性 若D形盒的半径为R，则粒子所能获得的最大速度为 Vmax=BRq/m。为了使粒子获得较高的能量，通常要加大加速电磁铁的重量和D形盒的直径。 不过由于相对论的效应，当粒子的速度太大时，m不再是常量，从而回旋共振周期将随粒子的速率的增长而增长，如果加于D形盒两极的交变电场频率不变的话，粒子由于每次迟到一点而不能保证总被加速，所以粒子不能无限被加速。 回旋加速器加速粒子能量最高仅能达到20MeV。而对于直线多级加速器，由于粒子是在一条直线形装置上被加速的，不存在上述困难。这种多级装置在过去没有条件建造，现在已经建造出来，长达几公里至几十分里，可将粒子的能量加速到2000GeV。 为了把带电粒子加速到更高的能量，人们还设计了各种类型的新型加速器，如：同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等。 世界著名粒子加速器 世界最大直线加速器 马克II号探测器 退役的斯坦福直线对撞器的臂 对撞器实验大厅 欧洲同步辐射加速器（左图) 大型强子对撞机(LHC)有史以来 人为的最高能量粒子位于日内 瓦郊区瑞士与法国边界地下 的27公里长环形隧道中。 欧洲粒子物理研究中心(CERN) 建造中的粒子 加速器（左图） 粒子加速器的透视图 北京正负电子对撞机：能使电子束能量达到3GeV左右 美国费米加速器实验室 欧洲大型强子对撞机（LHC）是世界上最大的粒子加速器，建于瑞士和法国边境地区地下100米深处的环形隧道中，隧道全长26.659公里。大型强子对撞机2003年开始修建，将近80个国家和地区的2000多名科学家参与这一研究项目。 人类对于未知世界的探索，从未也永远不会有止境。在浩瀚的知识海洋中，还有很多未知的岛屿等着我们。 思考题：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＝1.67×10－19C。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2：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 带电粒子在磁场中的运动 一个带电粒子分别以平行和垂直于磁场方向的初速度进入匀强磁场，它在磁场中各做什么运动？ “平行”进入：做匀速直线运动 “垂直”进入：做匀速圆周运动 若带电粒子质量为 m，电荷量为 q，粒子以垂直于磁场的初速度 v 进入匀强磁场，已知磁场的磁感应强度为 B。半径和周期是多少？ 半径：R＝ mv qB 周期：T＝ 2πm qB 半径与速度大小成正比，周期与速度大小无关！ 复习 应用 例1： 一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。 （1）求粒子进入磁场时的速率。 （2）求粒子在磁场中运动的轨道半径。 可见半径不同意味着比荷不同，意味着它们是不同的粒子 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 照相底片 质谱仪的示意图 一、质谱仪 利用电场加速 利用磁场偏转 1.构造 ①带电粒子注入器 ②加速电场（U） ③速度选择器（E、B1) ④偏转磁场（B2) ⑤照相底片 2.原理 质谱仪是一种分析同位素、测定带电粒子比荷及测定带电粒子质量的重要工具。 3.作用： 问题： 如何知道一个核桃内部是什么样子？ 学生讨论：用锤子将它砸开。 思考与讨论 我们如何能知道原子核内部的情况？ 答：用高能粒子作为“炮弹”去轰击原子核。 如何获得高能粒子呢？ 通过电场使带电粒子加速 + - 电场加速粒子带来的问题 一般情况下我轰击原子核需要的粒子的能 量很高，也就是说需要一个高速的粒子。 由 可知所需粒子速度越高，则加速电压就越高 猜想：多个电场加速 一级 二级 三级 n级 + - +