高二物理(回旋加速器)
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
Hale Waihona Puke Baidu
目前世界上最大的回旋加速器在美国费米 加速实验室，环形管道的半径为2公里。产生 的高能粒子能量为5000亿电子伏特。
二、回旋加速器
1、带电粒子在两D形盒中回旋周 期等于两盒狭缝之间高频电场的 变化周期，粒子每经过一个周期， 被电场加速二次
V5
V1 V3
V2
V0
V4 2、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起 来是一个初速度为零的匀加速直线运动
3、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次， E K＝qU 每次增加的动能为
所有各次半径之比为：1 ∶ 2∶ 3∶ ... 4、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。
mv 1 2 B2q 2 R2 由最大半径得： R＝ E mv qB 2 2m
回旋周数：n
E 2qU
二.磁流体发电机
粒子源（流体）：等离子束
⑴、原理
B d
正电荷 负电荷 ⑵、平衡方程
F电=F洛 即
U=Bvd
三、电磁流量计
U Bqv Eq q d
U v Bd
2
Q Sv
d
U dU 4 Bd 4B
四、霍耳效应
Eq=Bqv I=nqvS=nqvhd U=Eh=Bvh
d h
（1）求粒子第2次和第1次经过两D形盒间 狭缝后轨道半径之比
1 2 qU mv1 2 1 1 2 2 qU mv2 mv1 2 2
mv 由r Bq
得r与v成正比
2
r2 v2 所以 r1 v1
（2）粒子获得的最大动能Ek。
mvm R Bq
1 2 E k mvm 2
R B q Ek 2m
x 2r
2
q 2E m B1 B2 x
五、回旋加速器
D形 扁 平 铜 盒 （ D形 电 极 ）
N
S
磁极
Vm
V1 V3
V4
V2
回旋加速器
工作原理
①电场加速 qU E K
2 v ②磁场约束偏转 Bqv m r 2m ③加速条件 T 电 场 T磁 场 qB
注：每一个周期加速两次.
1．复合场 (1)叠加场：电场、磁场 、重力场共存，或其中某 两场共存． (2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并 不重叠或在同一区域，电场、磁场 交替 出现．
[知识梳理]
2．带电粒子(体)在复合场中的运动问题求解要点 (1)受力分析是基础． (2)运动过程分析是关键． (3) 根据不同的运动过程及物理模型选择合适的 物理规律列方程求解．
【例3】质谱仪由静电加速器、速度选择器、偏转 磁场和显示屏等组成．带电粒子从容器下方的小孔 进入加速电场，其初速度几乎为零．若带电粒子最 后打在照相底片的P点,现测得P到入口S的距离为x, 已知B1，B2，E，求该带电粒子的比荷(U未知) U
1
1 qU mv 2 2
v2 B2qv m r
B1qv Eq
2
2
2
建模感悟 1．无论是速度选择器、回旋加速器、 还是质谱仪、电磁流量计，其实质 都是带电粒子在电磁场中的运动， 只是运动过程较复杂而已． 2．解题思路主要有： (1)力和运动的关系． (2)功能关系．
总而言之 ： 弄清原理 建构模型 找准关键 注意条件
所需时间：t nT
5、回旋加速器的出现，使人类在获得具有较高能量的粒子的方面前进了一 大步，了解其它类型的加速器： 直线加速器、同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等
【例4】回旋加速器如图所示，已知D形金属盒 半径为R，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂 直。 A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷 量为+q ，在加速器中被加速，加速电压为U。 求： （1）求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝 后轨道半径之比； （2）粒子获得的最大 动能E㎞。
专 题 带电粒子在复合场中运动的实际应用 一、速度选择器 二、磁流体发电机 三、电磁流量计 四、霍尔元件 五、质谱仪 六、回旋加速器
一.速度选择器
V>E/B
Bqv
带正电 的粒子 （不计 重力）
Eq
V<E/B
Eq Bqv
即
E v B
[例1]
(1).其他条件不变，把粒子改为负电荷，能
通过吗？
(2).电场、磁场方向不变，粒子从右向左运 动，能直线通过吗？
Eq qvB Eq qvB
1.速度选择器只选择速度，与电 荷的正负无关. 2. 带电粒子必须以唯一确定的速 度（包括大小、方向）才能匀速 （或者说沿直线）通过速度选择 器.否则偏转.
练 1：
如图所示，一束正离子垂直射入正交的匀强磁场和匀强 电场区域，结果发现有些离子仍保持原来的运动方向， 未发生任何偏转．如果让这些不偏转的离子进入另一匀 强磁场中，发现这些离子又分成几束，对这些进入另一 磁场的离子，可得出结论（ ） A．它们的动能一定各不相同 B．它们的电荷量一定各不相同 C．它们的质量一定各不相同 D．它们的电荷量与质量之比一定各不相同
S上
B
v
I S下
【例2】一个长方体金属块放在匀强磁场中， 若将金属块通以如图所示的电流，则金属块 上下两表面M、N间的电势高低是 ( A．φM＝φN B．φM>φN )
C．φM<φN
D．无法判定
五、质谱仪
1.构造 ①带电粒子注入器
②加速电场（U）
③速度选择器（E B1) ④偏转磁场（B2)
⑤照相底片
目前世界上最大的回旋加速器在美国费米 加速实验室，环形管道的半径为2公里。产生 的高能粒子能量为5000亿电子伏特。
二、回旋加速器
1、带电粒子在两D形盒中回旋周 期等于两盒狭缝之间高频电场的 变化周期，粒子每经过一个周期， 被电场加速二次
V5
V1 V3
V2
V0
V4 2、将带电粒子在狭缝之间的运动首尾连接起 来是一个初速度为零的匀加速直线运动
3、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次， E K＝qU 每次增加的动能为
所有各次半径之比为：1 ∶ 2∶ 3∶ ... 4、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。
mv 1 2 B2q 2 R2 由最大半径得： R＝ E mv qB 2 2m
回旋周数：n
E 2qU
二.磁流体发电机
粒子源（流体）：等离子束
⑴、原理
B d
正电荷 负电荷 ⑵、平衡方程
F电=F洛 即
U=Bvd
三、电磁流量计
U Bqv Eq q d
U v Bd
2
Q Sv
d
U dU 4 Bd 4B
四、霍耳效应
Eq=Bqv I=nqvS=nqvhd U=Eh=Bvh
d h
（1）求粒子第2次和第1次经过两D形盒间 狭缝后轨道半径之比
1 2 qU mv1 2 1 1 2 2 qU mv2 mv1 2 2
mv 由r Bq
得r与v成正比
2
r2 v2 所以 r1 v1
（2）粒子获得的最大动能Ek。
mvm R Bq
1 2 E k mvm 2
R B q Ek 2m
x 2r
2
q 2E m B1 B2 x
五、回旋加速器
D形 扁 平 铜 盒 （ D形 电 极 ）
N
S
磁极
Vm
V1 V3
V4
V2
回旋加速器
工作原理
①电场加速 qU E K
2 v ②磁场约束偏转 Bqv m r 2m ③加速条件 T 电 场 T磁 场 qB
注：每一个周期加速两次.
1．复合场 (1)叠加场：电场、磁场 、重力场共存，或其中某 两场共存． (2)组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并 不重叠或在同一区域，电场、磁场 交替 出现．
[知识梳理]
2．带电粒子(体)在复合场中的运动问题求解要点 (1)受力分析是基础． (2)运动过程分析是关键． (3) 根据不同的运动过程及物理模型选择合适的 物理规律列方程求解．
【例3】质谱仪由静电加速器、速度选择器、偏转 磁场和显示屏等组成．带电粒子从容器下方的小孔 进入加速电场，其初速度几乎为零．若带电粒子最 后打在照相底片的P点,现测得P到入口S的距离为x, 已知B1，B2，E，求该带电粒子的比荷(U未知) U
1
1 qU mv 2 2
v2 B2qv m r
B1qv Eq
2
2
2
建模感悟 1．无论是速度选择器、回旋加速器、 还是质谱仪、电磁流量计，其实质 都是带电粒子在电磁场中的运动， 只是运动过程较复杂而已． 2．解题思路主要有： (1)力和运动的关系． (2)功能关系．
总而言之 ： 弄清原理 建构模型 找准关键 注意条件
所需时间：t nT
5、回旋加速器的出现，使人类在获得具有较高能量的粒子的方面前进了一 大步，了解其它类型的加速器： 直线加速器、同步加速器、电子感应加速器、串列加速器、电子对撞机等
【例4】回旋加速器如图所示，已知D形金属盒 半径为R，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂 直。 A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷 量为+q ，在加速器中被加速，加速电压为U。 求： （1）求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝 后轨道半径之比； （2）粒子获得的最大 动能E㎞。
专 题 带电粒子在复合场中运动的实际应用 一、速度选择器 二、磁流体发电机 三、电磁流量计 四、霍尔元件 五、质谱仪 六、回旋加速器
一.速度选择器
V>E/B
Bqv
带正电 的粒子 （不计 重力）
Eq
V<E/B
Eq Bqv
即
E v B
[例1]
(1).其他条件不变，把粒子改为负电荷，能
通过吗？
(2).电场、磁场方向不变，粒子从右向左运 动，能直线通过吗？
Eq qvB Eq qvB
1.速度选择器只选择速度，与电 荷的正负无关. 2. 带电粒子必须以唯一确定的速 度（包括大小、方向）才能匀速 （或者说沿直线）通过速度选择 器.否则偏转.
练 1：
如图所示，一束正离子垂直射入正交的匀强磁场和匀强 电场区域，结果发现有些离子仍保持原来的运动方向， 未发生任何偏转．如果让这些不偏转的离子进入另一匀 强磁场中，发现这些离子又分成几束，对这些进入另一 磁场的离子，可得出结论（ ） A．它们的动能一定各不相同 B．它们的电荷量一定各不相同 C．它们的质量一定各不相同 D．它们的电荷量与质量之比一定各不相同
S上
B
v
I S下
【例2】一个长方体金属块放在匀强磁场中， 若将金属块通以如图所示的电流，则金属块 上下两表面M、N间的电势高低是 ( A．φM＝φN B．φM>φN )
C．φM<φN
D．无法判定
五、质谱仪
1.构造 ①带电粒子注入器
②加速电场（U）
③速度选择器（E B1) ④偏转磁场（B2)
⑤照相底片