高中物理洛倫茲力的實(shí)際應(yīng)用課件1

1、洛倫茲力的應(yīng)用實(shí)例1,應(yīng)用一：加速器,問題1：用什么方法可以加速帶電微粒？,答：利用加速電場(chǎng)可以加速帶電粒子,問題2：要使一個(gè)帶正電微粒獲得更大的速度（能量）？,答：采用多個(gè)電場(chǎng)，使帶電粒子實(shí)現(xiàn)多級(jí)加速。,但采用上圖進(jìn)行多級(jí)加速，真的可行嗎？有什么問題？如何改進(jìn)？,改進(jìn)辦法：采用靜電屏蔽可以用金屬圓筒代替原來的極板．這樣，既可以在金屬圓筒的間隙處形成加速電場(chǎng)，又使得圓筒內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)為零，從而消除了減速電場(chǎng)的不利影響．,,加速,,勻速,進(jìn)

2、一步改進(jìn)：為了簡(jiǎn)化裝置，我們可用一個(gè)公用電源來提供各級(jí)的加速電壓．,如果我們要加速一帶正電的粒子，若電源的極性保持恒定（始終為A正B負(fù)），你認(rèn)為這個(gè)粒子能夠“一路順風(fēng)”，不斷加速嗎？,為了實(shí)現(xiàn)帶電粒子的多級(jí)加速，應(yīng)該采用交變電源，使粒子進(jìn)入每一級(jí)都能繼續(xù)加速。并且電源極性的變化還必須與粒子的運(yùn)動(dòng)配合默契，步調(diào)一致，即要滿足同步條件。,直線加速器,多級(jí)直線加速器應(yīng)具備的條件：,①利用電場(chǎng)加速帶電粒子；,②通過多級(jí)加速獲得高能粒子；,③

3、將加速電場(chǎng)以外的區(qū)域靜電屏蔽；,④采用交變電源提供加速電壓；,⑤電場(chǎng)交替變化與帶電粒子運(yùn)動(dòng)應(yīng)滿足同步條件．,加利佛尼亞斯坦福大學(xué)的粒子加速器,1932年，美國(guó)物理學(xué)家勞侖斯發(fā)明了回旋加速器，從而使人類在獲得具有較高能量的粒子方面邁進(jìn)了一大步．為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．,回旋加速器,（1）回旋加速器的核心部件——① 兩個(gè)D形盒及兩個(gè)大磁極② D形盒間的窄縫③ 高頻交流電,（2）回旋加速器的原理,,1、磁場(chǎng)的作用：偏轉(zhuǎn)回旋,2

4、、電場(chǎng)的作用：加速,3、交變電壓的作用：保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時(shí)都被加速。,,問題1：粒子被加速后，運(yùn)動(dòng)速率和運(yùn)動(dòng)半徑都會(huì)增加，它的運(yùn)動(dòng)周期會(huì)增加嗎？,,問題2：在回旋加速器中，如果兩個(gè)D型盒不是分別接在高頻交流電源的兩極上，而是接在直流的兩極上，那么帶電粒子能否被加速？請(qǐng)?jiān)趫D中畫出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡。,?,問題3：要使粒子每次經(jīng)過電場(chǎng)都被加速，應(yīng)在電極上加一個(gè) 電壓。,交變,交變電壓的周期TE = 粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期T

5、B,根據(jù)下圖，說一說為使帶電粒子不斷得到加速，提供的電壓應(yīng)符合怎樣的要求？,問題4：在回旋加速器加速的帶電粒子的最終能量由哪些因素決定？,觀點(diǎn)1：我認(rèn)為電場(chǎng)是用來加速的，磁場(chǎng)是用來回旋的，最終的能量應(yīng)與磁場(chǎng)無關(guān)。應(yīng)與電場(chǎng)有關(guān)，加速電壓越高，粒子最終能量越高。對(duì)嗎？,觀點(diǎn)2：∵運(yùn)動(dòng)半徑最大Rm=mVm/qB,得Vm=qBRm/m 　∴半徑最大時(shí)，速度也應(yīng)最大?！鄮щ娏Ｗ拥倪\(yùn)動(dòng)最大半徑等于D形盒的半徑時(shí)，粒子的速度達(dá)到最大。對(duì)嗎？,

6、,問題5：已知D形盒的直徑為D，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，交變電壓的電壓為U，求：從出口射出時(shí)，粒子的速度v=？,解：當(dāng)粒子從D形盒出口飛出時(shí)，粒子的運(yùn)動(dòng)半徑=D形盒的直徑,,問題6：已知D形盒的直徑為D，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，交變電壓的電壓為U，求：（1）從出口射出時(shí)，粒子的動(dòng)能Ek=？ （2）要增大粒子的最大動(dòng)能可采取哪些措施？,,,實(shí)際并非如此．例如：用這種經(jīng)典的回旋加速器來加速粒子，最高能量只能達(dá)到2

7、0兆電子伏．這是因?yàn)楫?dāng)粒子的速率大到接近光速時(shí)，按照相對(duì)論原理，粒子的質(zhì)量將隨速率增大而明顯地增加，從而使粒子的回旋周期也隨之變化，這就破壞了加速器的同步條件．,為了獲得更高能量的帶電粒子，人們又繼續(xù)尋找新的途徑．例如，設(shè)法使交變電源的變化周期始終與粒子的回旋周期保持一致，于是就出現(xiàn)了同步回旋加速器．除此之外，人們還設(shè)計(jì)制造出多種其它的新型加速器．目前世界上最大的加速器已能使質(zhì)子達(dá)到10000億電子伏以上的能量．,美國(guó)伊利諾依州費(fèi)米實(shí)驗(yàn)

8、室加速器,例1：關(guān)于回旋加速器中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用的敘述，正確的是( )A、電場(chǎng)和磁場(chǎng)都對(duì)帶電粒子起加速作用B、電場(chǎng)和磁場(chǎng)是交替地對(duì)帶電粒子做功的C、只有電場(chǎng)能對(duì)帶電粒子起加速作用D、磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),CD,,例2：質(zhì)量為m、帶電量為q的帶電粒子在回旋加速器中央狹縫的正中間由靜止釋放，在電場(chǎng)加速后進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，設(shè)電場(chǎng)的加速電壓為U，則粒子第一次做勻