第六节回旋加速器.ppt

第六节第六节 回旋加速器回旋加速器 阅读课文，然后回答以下问题：阅读课文，然后回答以下问题：问题问题1用什么方法可把带电粒子加速？用什么方法可把带电粒子加速？利用加速电场给带电粒子加速利用加速电场给带电粒子加速.由动能定理由动能定理W=Ek 问题问题2带电粒子一定，即带电粒子一定，即q/m一定，要使带电粒子获得一定，要使带电粒子获得的能量增大，可采取什么方法？的能量增大，可采取什么方法？带电粒子一定，即带电粒子一定，即q/m一定，要使带电粒子获得的能量增一定，要使带电粒子获得的能量增大，可增大加速电场两极板间的电势差大，可增大加速电场两极板间的电势差 问题问题3实际所加的电压，能不能使带电粒子达实际所加的电压，能不能使带电粒子达到所需的能量？到所需的能量？多级加速多级加速 带电粒子增加的动能带电粒子增加的动能E =qu=qu1+qu2+qun=q(u1+u2+u3+.+un)尽管粒子的速率和半径一次比尽管粒子的速率和半径一次比一次增大，运动周期一次增大，运动周期T却始终不却始终不变变,为什么？为什么？如果在直线如果在直线AA、AA处加一个交变电场，使它以相同的周处加一个交变电场，使它以相同的周期期T往复变化，那就可以保证粒子每经过直线往复变化，那就可以保证粒子每经过直线AA和和AA时时都正好赶上适合的电场方向而被加速都正好赶上适合的电场方向而被加速.1.回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷回旋加速器是利用电场对电荷的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子的装置的偏转作用来获得高能粒子的装置 2.回旋加速器的工作原理回旋加速器的工作原理.（1）磁场的作用：）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场时，只在洛带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场时，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动伦兹力作用下做匀速圆周运动（2）电场的作用：）电场的作用：加速就是在电场这个区域完成的加速就是在电场这个区域完成的.（3）交变电压：）交变电压：在狭缝处加一个周期与在狭缝处加一个周期与T=2m/qB相同的交变电压相同的交变电压 阅读课文后回答下列问题：阅读课文后回答下列问题：1.D形金属扁盒的主要作用是什么？形金属扁盒的主要作用是什么？2.在加速区有没有磁场？对带电粒子加速有没有影响？在加速区有没有磁场？对带电粒子加速有没有影响？3.粒子所能获得的最大能量与什么因素有关？粒子所能获得的最大能量与什么因素有关？起到静电屏蔽作用，使得盒内空间的电场极弱，这样就可以起到静电屏蔽作用，使得盒内空间的电场极弱，这样就可以使运动的粒子只受洛伦兹力的作用做匀速圆周运动使运动的粒子只受洛伦兹力的作用做匀速圆周运动 在加速区域中也有磁场，但由于加速区间距离很小，磁场对带电在加速区域中也有磁场，但由于加速区间距离很小，磁场对带电粒子的加速过程的影响很小，因此，可以忽略磁场的影响粒子的加速过程的影响很小，因此，可以忽略磁场的影响.带电粒子获得的最大能量与带电粒子获得的最大能量与D形盒半径有关形盒半径有关.由于受由于受D形盒半径形盒半径R的限制，带电粒子在这种加速器中获得的能量也是有限的的限制，带电粒子在这种加速器中获得的能量也是有限的 继续阅读课文，回答以下问题继续阅读课文，回答以下问题 使用回旋加速器加速带电粒子有何局限性？使用回旋加速器加速带电粒子有何局限性？在粒子的能量很高的时候，它的运动速度接近于光速，按照狭在粒子的能量很高的时候，它的运动速度接近于光速，按照狭义相对论（以后会介绍），这时粒子的质量将随着速率的增加义相对论（以后会介绍），这时粒子的质量将随着速率的增加而显著地增大，粒子在磁场中回旋一周所需的时间要发生变化，而显著地增大，粒子在磁场中回旋一周所需的时间要发生变化，交变电场的频率不再跟粒子运动的频率一致，这就破坏了加速交变电场的频率不再跟粒子运动的频率一致，这就破坏了加速器的工作条件，进一步提高粒子的速率就不可能了器的工作条件，进一步提高粒子的速率就不可能了 三、课堂练习三、课堂练习 2已知回旋加速器中已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.5 T，D形盒的半径为形盒的半径为R=60 cm，两盒间电压，两盒间电压u=2104 V，今将，今将粒子从近于间隙中心某处向粒子从近于间隙中心某处向D形盒内近似等于零形盒内近似等于零的初速度，垂直于半径的方向射入，求粒子在加速器内运的初速度，垂直于半径的方向射入，求粒子在加速器内运行的时间的最大可能值行的时间的最大可能值.课堂练习课堂练习2解析：带电粒子在做圆周运动时，其周期与速度和半径无关，每一解析：带电粒子在做圆周运动时，其周期与速度和半径无关，每一周期被加速两次，每次加速获得能量为周期被加速两次，每次加速获得能量为qu，只要根据，只要根据D形盒的半径形盒的半径得到粒子具有的最大能量，即可求出加速次数，进而可知经历了几得到粒子具有的最大能量，即可求出加速次数，进而可知经历了几个周期，从而求总出总时间个周期，从而求总出总时间.粒子在粒子在D形盒中运动的最大半径为形盒中运动的最大半径为R 则则R=mvm/qB ，vm=RqB/m 则其最大动能为：则其最大动能为：Ekm=粒子被加速的次数为：粒子被加速的次数为：n=E km/qu=B2qR2/2mu 则粒子在加速器内运行的总时间为：则粒子在加速器内运行的总时间为：t=n =4.310-5 s