洛伦兹力(3)回旋加速器质谱仪.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,洛伦兹力习题课,回旋加速器,在现代物理学中，人们要用能量很高的带电粒子去轰击各种原子核，观察它们的变化情况。怎样才能产生高能量的带电粒子呢？这里介绍一种常用的实验设备,-,加速器,前言,1.,了解回旋加速器的基本构造和加速原理,2.,知道加速器的基本用途,3.,其中电场和磁场的各自功能及相互间协调,重点,:,回旋加速器的加速原理。,难点,:,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。,知识目标,由动能定理,利用电场给电子加速,我们如何使一个带点的微粒获得很大的速度（能量）？,方案,1.,增大加速电压；,方案,2.,使微粒的荷质比增大,带电粒子一定，比荷就一定，要使带电粒子获得的能量增大，只能增大加速电压。,利用电场给电子加速,实际所加的电压，还达不到要求,采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。,多级加速,粒子最终获得的能量：,E=,nqU,直线加速器得体积通常都较大,直线加速器,世界最大直线加速器位于斯坦福大学,回旋加速器,1932,年，美国物理学家,劳伦斯,发明回旋加速器，,1939,年由此获诺贝尔物理学奖,U,B,U,A,A,B,B,A1,A1,B,1,B,1,+,+,原 理,磁场与电场,2.,磁场：洛伦兹力使带电粒子,匀速圆周,运动,电场：电场力使带电粒子,匀加速直线,运动,1.,磁场区域和电场区域,不重合,D,形盒内是,磁场,，两盒缝隙之间是,电场,3.,电场和磁场必须,同步,。,磁场周期与交流电,周期相同,。,粒子越加速其圆周运动半径越大，当,半径达到,D,形盒半径,时，,D,形盒容纳不了该粒子，必须将其释放出来，此时粒子的速度就是最大速度,可见，同一带电粒子获得的最大速度只与磁感应强度和,D,形盒半径有关,粒子最大速度,qB,mv,R,m,qBR,V,粒子最大能量,反思：,对于同一回旋加速器，粒子的最终能量与,加速电压无关，与回旋的最大半径有关。,加速电压的高低,只会影响,加速次数,，,并,不影响加速后的,最大速度,(,动能,),。,练习精讲,练案,P165 1,2,学案,P56,例题,11,如图甲是回旋加速器的示意图带电粒子在磁场中运动的动能,Ek,随时间,t,的变化规律如图乙，下列正确的是,A,在,Ek-t,图中应有,t4-t3,t3-t2,t2-t1,B,加速电压越大，粒子最后获得的动能就越大,C,粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大,D,要想粒子获得的最大动能增大，可增加,D,形盒的面积,学案,P56,例题,10,D,练习精讲,练案,P171,第,2,小题,回旋加速器给粒子进行加速，带电粒子质量为,m,，电荷量为,q,，垂直方向的磁场磁感应强度大小为,B,，,D,形盒最大半径为,R,，两盒之间间距为,d,，所加交流电电压为,U,。开始粒子以速度为零进入电场，,1.,则粒子在磁场中运动的最长时间是多少？,2.,粒子在电场中运动的时间为多少？,3.,粒子在回旋加速器中运动的总时间是多少？,拓展,回旋加速器的,D1,和,D2,是两个中空的半径为,R,的半圆金属盒，它们接在电压一定、频率为,f,的交流电源上，位于,D1,圆心处的质子源,A,能不断产生质子（初速度可忽略），,D1,、,D2,置于垂直的磁感应强度为,B,的匀强磁场中。质子束输出时的平均功率为,P,，,1.,求输出时等效电流,I,与,P,、,B,、,R,、,f,的关系式（忽略质子在电场中的运动时间，其最大速度远小于光速）,高考真题,回旋加速器的,D1,和,D2,是两个中空的半径为,R,的半圆金属盒，它们接在电压一定、频率为,f,的交流电源上，位于,D1,圆心处的质子源,A,能不断产生质子（初速度可忽略），,D1,、,D2,置于垂直的磁感应强度为,B,的匀强磁场中。质子束输出时的平均功率为,P,，,2.,试推理说明：随质子轨道半径,r,的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差,r,是增大、减小还是不变？,高考真题,回旋加速器的匀强磁场的磁感应强度为,B,，,D,形金属盒的半径为,R,，狭缝间的距离为,d,，加速电压为,U,，若要增大带电粒子（电荷量为,q,、质量为,m,，不计重力）射出时的动能，则下列方法哪些可行（）,A,增大匀强电场间的加速电压,B,减小狭缝间的距离,C,增大磁场的磁感应强度,D,增大,D,形金属盒的半径,C D,人类对于未知世界的探索，从未也永远不会有止境。在浩瀚的知识海洋中，还有,很多未知的岛屿等着我们。,质谱仪,(1),功能：分析各化学元素的,并测量其,、含量,(2),原理图,同位素,质量,运动过程：,1.,加速电场：,使得带电粒子从初速为零开始加速。,2.,粒子速度选择器：,只允许特定速度的粒子通过。,3.,偏转磁场：,使带电粒子做匀速圆周运动，如果半径不同，它们就能分开。,粒子比荷与偏转距离：凡是比荷不相等的都被分开，并按比荷顺序的大小排列，故称之为,“,质谱,”,质谱仪最初由汤姆生的学生,阿斯顿,设计，他用质谱仪发现了氖,20,和氖,22,，证实了同位素的存在。,三,.,磁流体发电机,即高温下电离的气体，含有大量的带正 电荷和负电荷的微粒，总体是电中性的。,