人教版物理高二上册选修磁场回旋加速器课件
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u uu (4)高频电源提供交变电压 例２：已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1. 与缝隙间的加速电压无关． 回旋加速器各组成部分的作用: （４）带电粒子从加速器飞出时的动能：
＋
－
m +q
Ek=1/2mv2=qu 实际电压值不可能太高
? 如何突破电压限制
＋－＋－ ＋－ ＋－
m +q
方向两次；
交变电压的周期＝带电粒子在磁
场中运动的周期 Ｔ交＝Ｔ磁
回旋加速器的几点注意：
（１）带电粒子在D形盒中的轨道半径:
r mv qB
（２）带电粒子每次在每个D形盒中的运动时间:
t T m
2 qB
（３）带电粒子从加速器飞出时的速度：
vmqm B其 R R 中 指回旋D 加 形速 盒器 的
（４）带电粒子从加速器飞出时的动能：
（b）若考虑带电粒子在电场中的运动时间， （且假设电场是等间距的匀强电场）
t总 t磁t电 将带电粒子在电场运中动的视作匀加速直动线 , 运
则mqudt电 2
其中,n为加速次,数 u为加速电,压 d为极板间电. 压
回旋加速器的缺点：
最高能量只能达到20兆电子伏特.
因为当带电粒子的速率大到接近光速时, 按照相对论原理,粒子的质量随速率增大而明 显增加,从而使粒子的回旋周期也随之变化,破 坏了加速器的同步条件.
加速的动能增量越大，回旋半径也增大得越多，
Ek=1/2mv2=qu 最高能量只能达到20兆电子伏特. 显增加,从而使粒子的回旋周期也随之变化,破
Ek=1/2mv2=qu
虽然电场使带电粒子加速，但粒子的最大动能却 回旋加速器的工作原理：
回旋加速器各组成部分的作用: 注意：虽然洛伦兹力不做功，但带电粒子
一些新型的加速器
例１：１９８９年初，我国投入运行的高能粒子 加速器可以把电子的能量加速到２.８GeV，若 每级的加速电压为Ｕ＝２.０×１０５Ｖ，则需经 过几级加速？
例２：已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感 应强度B=1.5 T，D形盒的半径为R= 60 cm，两盒 间电压u=2×104 V，今将α粒子从近于间隙中心某 处向D形盒内近似等于零的初速度，垂直于半径的 方向射入，若电场均匀，求：（1）忽略粒子在电 场中的运动时间，（2）不忽略粒子在电场中的运 动时间，粒子在加速器内运行的时间的最大可能值.
注意：虽然洛伦兹力不做功，但带电粒子 回旋加速器的工作条件:
（４）带电粒子从加速器飞出时的动能：
（２）带电粒子每次在每个D形盒中的运动时间: 例２：已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1. （４）带电粒子从加速器飞出时的动能：
从加速器飞出时的最大动能却与磁感应强度有关； 从加速器飞出时的最大动能却与磁感应强度有关；
u uu
qu
1 2
mv
2 1
0
qu
1 2
mv
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1 2
mv
2 1
qu
1 2
mv
2 n
1 2
mv
2 n 1
nqu
1 2
mv
2 n
EK
存在减速电场 如何消除减速电场？
+
Um +q
-
加速器应具备的基本要素
(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.
(4)高频电源提供交变电压 与缝隙间的加速电压无关．
Ｂ越大，Ｒ越大，ＥＫ就越大．
（５）带电粒子在回旋加速器中的总运动时间：
Ｂ越大，Ｒ越大，ＥＫ就越大．
（２）带电粒子每次在每个D形盒中的运动时间:
2, 基本结构; (3)两个D形金属盒相当于两个电极,在窄缝
（a）若忽略带电粒子在电场中的运动时间
回旋加速器 （b）若考虑带电粒子在电场中的运动时间，
回旋加速器各组成部分的作用: (1)电场的加速 (2)磁场的偏转 (3)两个D形金属盒相当于两个电极,在窄缝 间形成电场(缝窄,带电粒子的运动时间才 可忽略) 同时D形金属盒起屏蔽作用,盒内无 电场 (4)高频电源提供交变电压
回旋加速器的工作条件:
交变电压的方向每周期改变两次； 带电粒子每运动一周需要改变电压
回旋加速器
回旋加速器各组成部分的作用: 交变电压的方向每周期改变两次； 显增加,从而使粒子的回旋周期也随之变化,破 (3) 将加速电场以外的区域静电屏蔽; 发明了回旋加速器，并为此获得了１９３９年诺贝尔物理学奖． 加速器应具备的基本要素 (a)由EK=nqu可知: n加速次数越多，u越大， （a）若忽略带电粒子在电场中的运动时间 从加速器飞出时的最大动能却与磁感应强度有关； 影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出速度 Ｂ越大，Ｒ越大，ＥＫ就越大． （a）若忽略带电粒子在电场中的运动时间 交变电压的周期＝带电粒子在磁 间形成电场(缝窄,带电粒子的运动时间才 １９３２年，美国物理学家劳伦斯（１９０１－－１９５８） 导致带电粒子在Ｄ形盒中的回旋次数越少； 回旋加速器的工作条件: 注意：虽然洛伦兹力不做功，但带电粒子 按照相对论原理,粒子的质量随速率增大而明
回旋加速器的工作条件:
3,各组成部分的作; 用 注意：－－－－加速电压越大，带电粒子每次 (5) 电场交替变化与带电粒子运动应满足同步条件.
导致带电粒子在Ｄ形盒中的回旋次数越少；
4,回旋加速器的几点注 间形成电场(缝窄,带电粒子的运动时间才
与缝隙间的加速电压无关．
回旋加速器的工作原理：
(b)由ＥＫ＝１／２mv2＝q2B2R2/2m可知：
Ｂ越大，Ｒ越大，ＥＫ就越大．
０×１０５Ｖ，则需经过几级加速？
Ｂ越大，Ｒ越大，Ｅ 就越大． (3)两个D形金属盒相当于两个电极,在窄缝
与缝隙间的加速电压无关．
回旋加速器的基本组成部分:
Ｋ
(3) 将加速电场以外的区域静电屏蔽;
发明了回旋加速器，并为此获得了１９３９年诺贝尔物理学奖．
北京正负电子对撞机
直线加速器缺点: 所占空间大 耗材多 耗资大
１９３２年，美 国物理学家劳伦 斯（１９０１－ －１９５８）
发明了回旋加速 器，并为此获得 了１９３９年诺 贝尔物理学奖．
回旋加速器的工作原理：
回旋加速器的基本组成部分:
(1)粒子源 (2)两个D形金属盒 (3)匀强磁场 (4)高频电源 (5)粒子引出装置 (6)真空容器
EKmax12mv2 nqu
(a)由EK=nqu可知: n加速次数越多，u越大， ＥＫ就越大．
注意：－－－－加速电压越大，带电粒子每次 加速的动能增量越大，回旋半径也增大得越多， 导致带电粒子在Ｄ形盒中的回旋次数越少；反之， 加速电压越小，回旋次数越多．可见加速电压只 影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出速度 和相应的动能．
小结：
加速器应具备的基本要素
加速电压越小，回旋次数越多．可见加速电压只
回旋加速器的几点注意：
加速器应具备的基本要素
直线加速器 一级加速多级加速 导致带电粒子在Ｄ形盒中的回旋次数越少；
１９３２年，美国物理学家劳伦斯（１９０１－－１９５８） 如何突破电压限制 ?
（a）若忽略带电粒子在电场中的运动时间
1,工作原理; 例２：已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.
按照相对论原理,粒子的质量随速率增大而明 间形成电场(缝窄,带电粒子的运动时间才
与缝隙间的加速电压无关． 间形成电场(缝窄,带电粒子的运动时间才
(4)高频电源提供交变电压
（５）带电粒子在回旋加速器中的总运动时间：
（a）若忽略带电粒子在电场中的运动时间
t nT (其中n为加速次数 ,T为 2
带电粒子在磁场中的动运周期)
＋
－
m +q
Ek=1/2mv2=qu 实际电压值不可能太高
? 如何突破电压限制
＋－＋－ ＋－ ＋－
m +q
方向两次；
交变电压的周期＝带电粒子在磁
场中运动的周期 Ｔ交＝Ｔ磁
回旋加速器的几点注意：
（１）带电粒子在D形盒中的轨道半径:
r mv qB
（２）带电粒子每次在每个D形盒中的运动时间:
t T m
2 qB
（３）带电粒子从加速器飞出时的速度：
vmqm B其 R R 中 指回旋D 加 形速 盒器 的
（４）带电粒子从加速器飞出时的动能：
（b）若考虑带电粒子在电场中的运动时间， （且假设电场是等间距的匀强电场）
t总 t磁t电 将带电粒子在电场运中动的视作匀加速直动线 , 运
则mqudt电 2
其中,n为加速次,数 u为加速电,压 d为极板间电. 压
回旋加速器的缺点：
最高能量只能达到20兆电子伏特.
因为当带电粒子的速率大到接近光速时, 按照相对论原理,粒子的质量随速率增大而明 显增加,从而使粒子的回旋周期也随之变化,破 坏了加速器的同步条件.
加速的动能增量越大，回旋半径也增大得越多，
Ek=1/2mv2=qu 最高能量只能达到20兆电子伏特. 显增加,从而使粒子的回旋周期也随之变化,破
Ek=1/2mv2=qu
虽然电场使带电粒子加速，但粒子的最大动能却 回旋加速器的工作原理：
回旋加速器各组成部分的作用: 注意：虽然洛伦兹力不做功，但带电粒子
一些新型的加速器
例１：１９８９年初，我国投入运行的高能粒子 加速器可以把电子的能量加速到２.８GeV，若 每级的加速电压为Ｕ＝２.０×１０５Ｖ，则需经 过几级加速？
例２：已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感 应强度B=1.5 T，D形盒的半径为R= 60 cm，两盒 间电压u=2×104 V，今将α粒子从近于间隙中心某 处向D形盒内近似等于零的初速度，垂直于半径的 方向射入，若电场均匀，求：（1）忽略粒子在电 场中的运动时间，（2）不忽略粒子在电场中的运 动时间，粒子在加速器内运行的时间的最大可能值.
注意：虽然洛伦兹力不做功，但带电粒子 回旋加速器的工作条件:
（４）带电粒子从加速器飞出时的动能：
（２）带电粒子每次在每个D形盒中的运动时间: 例２：已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1. （４）带电粒子从加速器飞出时的动能：
从加速器飞出时的最大动能却与磁感应强度有关； 从加速器飞出时的最大动能却与磁感应强度有关；
u uu
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存在减速电场 如何消除减速电场？
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加速器应具备的基本要素
(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.
(4)高频电源提供交变电压 与缝隙间的加速电压无关．
Ｂ越大，Ｒ越大，ＥＫ就越大．
（５）带电粒子在回旋加速器中的总运动时间：
Ｂ越大，Ｒ越大，ＥＫ就越大．
（２）带电粒子每次在每个D形盒中的运动时间:
2, 基本结构; (3)两个D形金属盒相当于两个电极,在窄缝
（a）若忽略带电粒子在电场中的运动时间
回旋加速器 （b）若考虑带电粒子在电场中的运动时间，
回旋加速器各组成部分的作用: (1)电场的加速 (2)磁场的偏转 (3)两个D形金属盒相当于两个电极,在窄缝 间形成电场(缝窄,带电粒子的运动时间才 可忽略) 同时D形金属盒起屏蔽作用,盒内无 电场 (4)高频电源提供交变电压
回旋加速器的工作条件:
交变电压的方向每周期改变两次； 带电粒子每运动一周需要改变电压
回旋加速器
回旋加速器各组成部分的作用: 交变电压的方向每周期改变两次； 显增加,从而使粒子的回旋周期也随之变化,破 (3) 将加速电场以外的区域静电屏蔽; 发明了回旋加速器，并为此获得了１９３９年诺贝尔物理学奖． 加速器应具备的基本要素 (a)由EK=nqu可知: n加速次数越多，u越大， （a）若忽略带电粒子在电场中的运动时间 从加速器飞出时的最大动能却与磁感应强度有关； 影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出速度 Ｂ越大，Ｒ越大，ＥＫ就越大． （a）若忽略带电粒子在电场中的运动时间 交变电压的周期＝带电粒子在磁 间形成电场(缝窄,带电粒子的运动时间才 １９３２年，美国物理学家劳伦斯（１９０１－－１９５８） 导致带电粒子在Ｄ形盒中的回旋次数越少； 回旋加速器的工作条件: 注意：虽然洛伦兹力不做功，但带电粒子 按照相对论原理,粒子的质量随速率增大而明
回旋加速器的工作条件:
3,各组成部分的作; 用 注意：－－－－加速电压越大，带电粒子每次 (5) 电场交替变化与带电粒子运动应满足同步条件.
导致带电粒子在Ｄ形盒中的回旋次数越少；
4,回旋加速器的几点注 间形成电场(缝窄,带电粒子的运动时间才
与缝隙间的加速电压无关．
回旋加速器的工作原理：
(b)由ＥＫ＝１／２mv2＝q2B2R2/2m可知：
Ｂ越大，Ｒ越大，ＥＫ就越大．
０×１０５Ｖ，则需经过几级加速？
Ｂ越大，Ｒ越大，Ｅ 就越大． (3)两个D形金属盒相当于两个电极,在窄缝
与缝隙间的加速电压无关．
回旋加速器的基本组成部分:
Ｋ
(3) 将加速电场以外的区域静电屏蔽;
发明了回旋加速器，并为此获得了１９３９年诺贝尔物理学奖．
北京正负电子对撞机
直线加速器缺点: 所占空间大 耗材多 耗资大
１９３２年，美 国物理学家劳伦 斯（１９０１－ －１９５８）
发明了回旋加速 器，并为此获得 了１９３９年诺 贝尔物理学奖．
回旋加速器的工作原理：
回旋加速器的基本组成部分:
(1)粒子源 (2)两个D形金属盒 (3)匀强磁场 (4)高频电源 (5)粒子引出装置 (6)真空容器
EKmax12mv2 nqu
(a)由EK=nqu可知: n加速次数越多，u越大， ＥＫ就越大．
注意：－－－－加速电压越大，带电粒子每次 加速的动能增量越大，回旋半径也增大得越多， 导致带电粒子在Ｄ形盒中的回旋次数越少；反之， 加速电压越小，回旋次数越多．可见加速电压只 影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出速度 和相应的动能．
小结：
加速器应具备的基本要素
加速电压越小，回旋次数越多．可见加速电压只
回旋加速器的几点注意：
加速器应具备的基本要素
直线加速器 一级加速多级加速 导致带电粒子在Ｄ形盒中的回旋次数越少；
１９３２年，美国物理学家劳伦斯（１９０１－－１９５８） 如何突破电压限制 ?
（a）若忽略带电粒子在电场中的运动时间
1,工作原理; 例２：已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感应强度B=1.
按照相对论原理,粒子的质量随速率增大而明 间形成电场(缝窄,带电粒子的运动时间才
与缝隙间的加速电压无关． 间形成电场(缝窄,带电粒子的运动时间才
(4)高频电源提供交变电压
（５）带电粒子在回旋加速器中的总运动时间：
（a）若忽略带电粒子在电场中的运动时间
t nT (其中n为加速次数 ,T为 2
带电粒子在磁场中的动运周期)