高二物理 第15章第6节 回旋加速器课件

第六节回旋加速器第六节回旋加速器核心要点突破核心要点突破课堂互动讲练课堂互动讲练知能优化训练知能优化训练第六节第六节课前自主学案课前自主学案目标概览目标概览目标概览目标概览学习目标：学习目标：1.知道回旋加速器的基本构造和加速知道回旋加速器的基本构造和加速原理原理2了解加速器的基本用途了解加速器的基本用途重点难点：重点难点：1.回旋加速器的加速原理回旋加速器的加速原理2加速电场的平行极板接的是交变电压，且它的加速电场的平行极板接的是交变电压，且它的周期和粒子的运动周期相同周期和粒子的运动周期相同课前自主学案课前自主学案一、主要构造一、主要构造如图如图1561所示：所示：粒子源；粒子源；_；匀强磁场；匀强磁场；高频电源；高频电源；粒子引出装置；粒子引出装置；真空容器真空容器(图中未标出图中未标出)图图1561D形金属扁盒形金属扁盒二、工作原理二、工作原理带电粒子在带电粒子在_场中加速，进入场中加速，进入_场做场做_运动，再进入运动，再进入_场加速，而后又进入场加速，而后又进入_场做场做_运动运动.这样粒子一次一次被加速，这样粒子一次一次被加速，速度和能量越来越大，在磁场中做圆周运动的半速度和能量越来越大，在磁场中做圆周运动的半径将越来越径将越来越_，圆周运动的周期将，圆周运动的周期将_电电磁磁匀速圆周匀速圆周电电磁磁匀速圆周匀速圆周大大不变不变核心要点突破核心要点突破一、回旋加速器的工作原理一、回旋加速器的工作原理图图1562工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁工作原理：利用电场对带电粒子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，这些场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件过程在回旋加速器的核心部件两个两个D形盒和形盒和其间的窄缝内完成，如图其间的窄缝内完成，如图1562所示所示3交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝时交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加都被加速，使之能量不断提高，须在窄缝两侧加上跟带电粒子在上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电形盒中运动周期相同的交变电压压4工作条件：回旋加速器能在较小的空间范围内、工作条件：回旋加速器能在较小的空间范围内、用较低的电压使带电粒子经多次加速后获得较高用较低的电压使带电粒子经多次加速后获得较高的能量交变电场的作用是使带电粒子多次加速，的能量交变电场的作用是使带电粒子多次加速，磁场的作用是使带电粒子回旋磁场的作用是使带电粒子回旋为了多次加速获得很高能量，必须使带电粒子做为了多次加速获得很高能量，必须使带电粒子做圆周运动的频率跟交变电场的频率相同但粒子圆周运动的频率跟交变电场的频率相同但粒子获得的最大能量与交变电场的频率无关获得的最大能量与交变电场的频率无关特别提醒：特别提醒：(1)带电粒子在电场中加速时间可忽略带电粒子在电场中加速时间可忽略不计，两不计，两D形盒间电势差正、负变化的周期应和形盒间电势差正、负变化的周期应和粒子圆周运动的周期相同粒子圆周运动的周期相同(2)粒子最终获得的能量与加速电压无关，只与磁粒子最终获得的能量与加速电压无关，只与磁感应强度感应强度B和和D形盒半径形盒半径R有关有关课堂互动讲练课堂互动讲练 (2011年福州检测年福州检测)回旋加速器是加速带电回旋加速器是加速带电粒子的装置其主体部分是两个粒子的装置其主体部分是两个D形金属盒，两形金属盒，两金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，并分别与金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速，如图两盒间的狭缝时都得到加速，如图1563所所示现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动示现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，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图图1563A增大金属盒的半径增大金属盒的半径B减小狭缝间的距离减小狭缝间的距离C增大高频交流电压增大高频交流电压D减小磁场的磁感应强度减小磁场的磁感应强度【答案答案】A【点评点评】此题易受公式此题易受公式WqU的影响而错选的影响而错选C项其实，加速电压增大时，虽然每次加速获得项其实，加速电压增大时，虽然每次加速获得的动能大了，但回旋半径增加的也快了，被加速的动能大了，但回旋半径增加的也快了，被加速的次数就少了，从而粒子射出的动能刚好与加速的次数就少了，从而粒子射出的动能刚好与加速电压无关电压无关变式训练变式训练1在回旋加速器中，带电粒子在匀强磁在回旋加速器中，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，下列说法中正确的是场中做匀速圆周运动，下列说法中正确的是()A带电粒子速率不断增大，运转半径不断增大，带电粒子速率不断增大，运转半径不断增大，周期不断增大周期不断增大B运动速率不变，半径不变，周期不变运动速率不变，半径不变，周期不变C运动速率不变，半径不变，周期不变运动速率不变，半径不变，周期不变D运动速率增大，半径增大，周期不变运动速率增大，半径增大，周期不变 回旋加速器回旋加速器D形盒中央为质子流，形盒中央为质子流，D形盒的形盒的交变电压为交变电压为U2104 V，静止质子经电场加速后，静止质子经电场加速后进入进入D形盒，其最大轨道半径为形盒，其最大轨道半径为R1 m，磁场的，磁场的磁感应强度磁感应强度B0.5 T，已知质子质量，已知质子质量m1.671027 kg，电子电荷量为，电子电荷量为1.61019 C问：问：(1)质子最初进入质子最初进入D形盒的动能多大？形盒的动能多大？(2)质子经回旋加速器最后得到的动能多大？质子经回旋加速器最后得到的动能多大？(3)交变电源的频率是多少？交变电源的频率是多少？粒子获得的最大动能粒子获得的最大动能【答案答案】(1)2104 eV(2)1.921012 J(3)7.63106 Hz【点评点评】加速电场的周期必须等于回旋周期，加速电场的周期必须等于回旋周期，这是回旋加速器的工作条件；粒子在这是回旋加速器的工作条件；粒子在D形盒中做形盒中做匀速圆周运动的最大半径等于匀速圆周运动的最大半径等于D形盒的半径形盒的半径变式训练变式训练2用同一回旋加速器分别对质子用同一回旋加速器分别对质子(H)和氘核和氘核(H)加速后，则加速后，则()A质子获得的动能大质子获得的动能大B氘核获得的动能大氘核获得的动能大C两种粒子获得的动能一样大两种粒子获得的动能一样大D无法确定无法确定