高二物理 第15章第6節(jié) 回旋加速器課件

第六節(jié)回旋加速器第六節(jié)回旋加速器核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破課堂互動講練課堂互動講練知能優(yōu)化訓(xùn)練知能優(yōu)化訓(xùn)練第六節(jié)第六節(jié)課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案目標(biāo)概覽目標(biāo)概覽目標(biāo)概覽目標(biāo)概覽學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.知道回旋加速器的基本構(gòu)造和加速知道回旋加速器的基本構(gòu)造和加速原理原理2了解加速器的基本用途了解加速器的基本用途重點(diǎn)難點(diǎn)：重點(diǎn)難點(diǎn)：1.回旋加速器的加速原理回旋加速器的加速原理2加速電場的平行極板接的是交變電壓，且它的加速電場的平行極板接的是交變電壓，且它的周期和粒子的運(yùn)動周期相同周期和粒子的運(yùn)動周期相同課前自主學(xué)案課前自主學(xué)案一、主要構(gòu)造一、主要構(gòu)造如圖如圖1561所示：所示：粒子源；粒子源；_；勻強(qiáng)磁場；勻強(qiáng)磁場；高頻電源；高頻電源；粒子引出裝置；粒子引出裝置；真空容器真空容器(圖中未標(biāo)出圖中未標(biāo)出)圖圖1561D形金屬扁盒形金屬扁盒二、工作原理二、工作原理帶電粒子在帶電粒子在_場中加速，進(jìn)入場中加速，進(jìn)入_場做場做_運(yùn)動，再進(jìn)入運(yùn)動，再進(jìn)入_場加速，而后又進(jìn)入場加速，而后又進(jìn)入_場做場做_運(yùn)動運(yùn)動.這樣粒子一次一次被加速，這樣粒子一次一次被加速，速度和能量越來越大，在磁場中做圓周運(yùn)動的半速度和能量越來越大，在磁場中做圓周運(yùn)動的半徑將越來越徑將越來越_，圓周運(yùn)動的周期將，圓周運(yùn)動的周期將_電電磁磁勻速圓周勻速圓周電電磁磁勻速圓周勻速圓周大大不變不變核心要點(diǎn)突破核心要點(diǎn)突破一、回旋加速器的工作原理一、回旋加速器的工作原理圖圖1562工作原理：利用電場對帶電粒子的加速作用和磁工作原理：利用電場對帶電粒子的加速作用和磁場對運(yùn)動電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子，這些場對運(yùn)動電荷的偏轉(zhuǎn)作用來獲得高能粒子，這些過程在回旋加速器的核心部件過程在回旋加速器的核心部件兩個兩個D形盒和形盒和其間的窄縫內(nèi)完成，如圖其間的窄縫內(nèi)完成，如圖1562所示所示3交變電壓：為了保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時交變電壓：為了保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時都被加速，使之能量不斷提高，須在窄縫兩側(cè)加都被加速，使之能量不斷提高，須在窄縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在上跟帶電粒子在D形盒中運(yùn)動周期相同的交變電形盒中運(yùn)動周期相同的交變電壓壓4工作條件：回旋加速器能在較小的空間范圍內(nèi)、工作條件：回旋加速器能在較小的空間范圍內(nèi)、用較低的電壓使帶電粒子經(jīng)多次加速后獲得較高用較低的電壓使帶電粒子經(jīng)多次加速后獲得較高的能量交變電場的作用是使帶電粒子多次加速，的能量交變電場的作用是使帶電粒子多次加速，磁場的作用是使帶電粒子回旋磁場的作用是使帶電粒子回旋為了多次加速獲得很高能量，必須使帶電粒子做為了多次加速獲得很高能量，必須使帶電粒子做圓周運(yùn)動的頻率跟交變電場的頻率相同但粒子圓周運(yùn)動的頻率跟交變電場的頻率相同但粒子獲得的最大能量與交變電場的頻率無關(guān)獲得的最大能量與交變電場的頻率無關(guān)特別提醒：特別提醒：(1)帶電粒子在電場中加速時間可忽略帶電粒子在電場中加速時間可忽略不計，兩不計，兩D形盒間電勢差正、負(fù)變化的周期應(yīng)和形盒間電勢差正、負(fù)變化的周期應(yīng)和粒子圓周運(yùn)動的周期相同粒子圓周運(yùn)動的周期相同(2)粒子最終獲得的能量與加速電壓無關(guān)，只與磁粒子最終獲得的能量與加速電壓無關(guān)，只與磁感應(yīng)強(qiáng)度感應(yīng)強(qiáng)度B和和D形盒半徑形盒半徑R有關(guān)有關(guān)課堂互動講練課堂互動講練 (2011年福州檢測年福州檢測)回旋加速器是加速帶電回旋加速器是加速帶電粒子的裝置其主體部分是兩個粒子的裝置其主體部分是兩個D形金屬盒，兩形金屬盒，兩金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，并分別與金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，并分別與高頻交流電源兩極相連接，從而使粒子每次經(jīng)過高頻交流電源兩極相連接，從而使粒子每次經(jīng)過兩盒間的狹縫時都得到加速，如圖兩盒間的狹縫時都得到加速，如圖1563所所示現(xiàn)要增大帶電粒子從回旋加速器射出時的動示現(xiàn)要增大帶電粒子從回旋加速器射出時的動能，下列方法可行的是能，下列方法可行的是()回旋加速器的工作原理回旋加速器的工作原理圖圖1563A增大金屬盒的半徑增大金屬盒的半徑B減小狹縫間的距離減小狹縫間的距離C增大高頻交流電壓增大高頻交流電壓D減小磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度減小磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度【答案答案】A【點(diǎn)評點(diǎn)評】此題易受公式此題易受公式WqU的影響而錯選的影響而錯選C項其實(shí)，加速電壓增大時，雖然每次加速獲得項其實(shí)，加速電壓增大時，雖然每次加速獲得的動能大了，但回旋半徑增加的也快了，被加速的動能大了，但回旋半徑增加的也快了，被加速的次數(shù)就少了，從而粒子射出的動能剛好與加速的次數(shù)就少了，從而粒子射出的動能剛好與加速電壓無關(guān)電壓無關(guān)變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練1在回旋加速器中，帶電粒子在勻強(qiáng)磁在回旋加速器中，帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中做勻速圓周運(yùn)動，下列說法中正確的是場中做勻速圓周運(yùn)動，下列說法中正確的是()A帶電粒子速率不斷增大，運(yùn)轉(zhuǎn)半徑不斷增大，帶電粒子速率不斷增大，運(yùn)轉(zhuǎn)半徑不斷增大，周期不斷增大周期不斷增大B運(yùn)動速率不變，半徑不變，周期不變運(yùn)動速率不變，半徑不變，周期不變C運(yùn)動速率不變，半徑不變，周期不變運(yùn)動速率不變，半徑不變，周期不變D運(yùn)動速率增大，半徑增大，周期不變運(yùn)動速率增大，半徑增大，周期不變 回旋加速器回旋加速器D形盒中央為質(zhì)子流，形盒中央為質(zhì)子流，D形盒的形盒的交變電壓為交變電壓為U2104 V，靜止質(zhì)子經(jīng)電場加速后，靜止質(zhì)子經(jīng)電場加速后進(jìn)入進(jìn)入D形盒，其最大軌道半徑為形盒，其最大軌道半徑為R1 m，磁場的，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度磁感應(yīng)強(qiáng)度B0.5 T，已知質(zhì)子質(zhì)量，已知質(zhì)子質(zhì)量m1.671027 kg，電子電荷量為，電子電荷量為1.61019 C問：問：(1)質(zhì)子最初進(jìn)入質(zhì)子最初進(jìn)入D形盒的動能多大？形盒的動能多大？(2)質(zhì)子經(jīng)回旋加速器最后得到的動能多大？質(zhì)子經(jīng)回旋加速器最后得到的動能多大？(3)交變電源的頻率是多少？交變電源的頻率是多少？粒子獲得的最大動能粒子獲得的最大動能【答案答案】(1)2104 eV(2)1.921012 J(3)7.63106 Hz【點(diǎn)評點(diǎn)評】加速電場的周期必須等于回旋周期，加速電場的周期必須等于回旋周期，這是回旋加速器的工作條件；粒子在這是回旋加速器的工作條件；粒子在D形盒中做形盒中做勻速圓周運(yùn)動的最大半徑等于勻速圓周運(yùn)動的最大半徑等于D形盒的半徑形盒的半徑變式訓(xùn)練變式訓(xùn)練2用同一回旋加速器分別對質(zhì)子用同一回旋加速器分別對質(zhì)子(H)和氘核和氘核(H)加速后，則加速后，則()A質(zhì)子獲得的動能大質(zhì)子獲得的動能大B氘核獲得的動能大氘核獲得的動能大C兩種粒子獲得的動能一樣大兩種粒子獲得的動能一樣大D無法確定無法確定