磁场中的电学仪器 (2).ppt

第1页，共34页，星期日，2025年，2月5日探究任务：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。第2页，共34页，星期日，2025年，2月5日三、复合场中的物理模型及应用1、速度选择器第3页，共34页，星期日，2025年，2月5日2.质谱仪第4页，共34页，星期日，2025年，2月5日3.磁流体发电机第5页，共34页，星期日，2025年，2月5日4.回旋加速器第6页，共34页，星期日，2025年，2月5日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,可忽略第7页，共34页，星期日，2025年，2月5日加速器问题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+++第8页，共34页，星期日，2025年，2月5日问题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?第9页，共34页，星期日，2025年，2月5日改进办法：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．加速匀速第10页，共34页，星期日，2025年，2月5日进一步改进：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?第11页，共34页，星期日，2025年，2月5日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。第12页，共34页，星期日，2025年，2月5日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．第13页，共34页，星期日，2025年，2月5日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？第14页，共34页，星期日，2025年，2月5日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、回旋加速器第15页，共34页，星期日，2025年，2月5日第16页，共34页，星期日，2025年，2月5日1、结构：①两个D形盒及两个大磁极②D形盒间的窄缝③高频交流电三、回旋加速器第17页，共34页，星期日，2025年，2月5日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、用电场进行加速第18页，共34页，星期日，2025年，2月5日问题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?第19页，共34页，星期日，2025年，2月5日问题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。?第20页，共34页，星期日，2025年，2月5日问题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？第21页，共34页，星期日，2025年，2月5日第22页，共34页，星期日，2025年，2月5日问题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？第23页，共34页