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洛伦兹力的应用实例 1

洛伦兹力的应用实例 1. +. +. +. +. U. 应用一：加速器. 问题 1 ：用什么方法可以加速带电微粒？. 答：利用加速电场可以加速带电粒子. 问题 2 ：要使一个带正电微粒获得更大的速度（能量）？. 答：采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。. 　　但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：

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洛伦兹力的应用实例 1

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Presentation Transcript

  1. 洛伦兹力的应用实例1

  2. + + + + U 应用一：加速器 问题1：用什么方法可以加速带电微粒？ 答：利用加速电场可以加速带电粒子

  3. 问题2：要使一个带正电微粒获得更大的速度（能量）？ 答：采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。 　　但采用上图进行多级加速，真的可行吗？有什么问题？如何改进？

  4. 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

  5. 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？

  6. 　　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。　　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。

  7. 筒间加速 筒内静电屏蔽 直线加速器 多级直线加速器应具备的条件： 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电场交变与带电粒子运动应满足同步条件．

  8. ？ 直线加速器占地太大，能不能让它小一点 加利佛尼亚斯坦福大学的粒子加速器

  9. 回旋加速器 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．

  10. （1）回旋加速器的核心部件—— 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

  11. （2）回旋加速器的原理 1、磁场的作用：偏转回旋 2、电场的作用：加速 3、交变电压的作用：保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速。

  12. 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？

  13. 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。 ?

  14. 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。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 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？ 交变电压的周期TE = 粒子在磁场中运动的周期TB

  15. 问题4：在回旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些因素决定？问题4：在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：我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？

  16. 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，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=？ B D V=？ U 解：当粒子从D形盒出口飞出时，粒子的运动半径=D形盒的直径

  17. 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，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？ B D V=？ U

  18. 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．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．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．

  19. 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10000亿电子伏以上的能量．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10000亿电子伏以上的能量．

  20. 美国伊利诺依州费米实验室加速器

  21. 例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 CD

  22. 例2：质量为m、带电量为q的带电粒子在回旋加速器中央狭缝的正中间由静止释放，在电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动，设电场的加速电压为U，则粒子第一次做匀速圆周运动的轨道半径R0=，粒子在磁场中的周期T=。例2：质量为m、带电量为q的带电粒子在回旋加速器中央狭缝的正中间由静止释放，在电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做圆周运动，设电场的加速电压为U，则粒子第一次做匀速圆周运动的轨道半径R0=，粒子在磁场中的周期T=。 交变电压的周期T=？

  23. 例3：一回旋加速器，可把质子加速到v，使它获得动能EK例3：一回旋加速器，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？

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