回旋加速器学案.doc

第六节 回旋加速器 学案
一、学习目标、重难点、易错点：
1、学习目标：
（1）知道回旋加速器的基本构造和加速原理。
（2）了解加速器的基本用途。
2、重点难点：
（1）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，且它的周期和粒子的运动周期相同。
3、易错问题：对回旋加速器工作条件的理解。
二、自主学习
1、回旋加速器的基本构造
如图所示，回旋加速器的核心部分是 ，其基本组成为：
①粒子源； ②D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。

2、回旋加速器的工作原理
如图所示，窄缝中的粒子源放出带正电的粒子，以V0进入匀强磁场做 运动到达A1；此时电场方向为： ，使粒子在窄缝中被加速，速度变为v1，接着以v1做 ，因为r= ,v增大，r也 ，经 粒子达到A’2时，我们在A’2A2处造成一个 的电场，使粒子再一次被 ，达到速度v2，如此继续下去，粒子速度将不断地 。
3、回旋加速器的局限性
（1）由于粒子所能获得的最大能量与 有关，所以它受到了 的限制；
（2）当粒子的速度被加速到和光速接近时，粒子的质量增加发生变化不能忽略，其运动频率和电场变化频率也就不再同步，破坏了加速器的工作条件。
三、深化拓展
1、D形金属扁盒的作用
D形金属扁盒的主要作用是起到静电屏蔽作用，使得盒内空间的电场极弱，这样就可以使运动的粒子只受洛伦兹力的作用而做匀速圆周运动。
2、为什么要加交变电压？
由于两个D形盒间窄缝很小，带电粒子在电场中加速的时间不计，为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使之能量不断提高，要在窄缝处加一个与相同变化的交变电压。
3、在加速区域有没有磁场？若有，它对带电粒子的加速有没有影响？
在加速区域也存在磁场，但由于加速区域内距离很小，磁场对带电粒子的加速过程的影响也很小，所以，可以忽略磁场的影响。
4、粒子能够获得的最大能量与什么因素有关？
设D形盒的半径为R，则粒子可能获得的最大动能可由公式得：，所以，粒子所能获得的最大能量与D形盒的半径有关。
四、强化落实
回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核
心部分是分别与高频交流电两极相连接的两个
D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变
化的匀强电场，使粒子在通过狭缝时都能得到
加速，两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强
磁场中，如图所示，设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。匀强电场间的加速电压为U，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，则下列方法中正确的是（ ）
A．增大磁场的磁感应强度 B．增大匀强电场间的加速电压
C．增大D形金属盒的半径 D．减小狭缝间的距离

五、

六、针对训练
1、在回旋加速器中（ ）
A．电场是用来加速带电粒子的 B．磁场是用来使带电粒子偏转的
C．电场和磁场都可以使带电粒子加速
D．电场和磁场是同时用来使带电粒子偏转的
2、关于回旋加速器，下列说法中正确的是（ ）
A．回旋加速器是利用磁场对运动电荷的作用使带电粒子加速的
B．带电粒子在回旋加速器中不断被加速，故在其中做匀速圆周运动一周所用的时间越来越短
C．带电粒子在D形盒中运动，发生偏转的同时动能不断增大
D．两D形盒窄缝间的电场是用来加速带电粒子的
3、用回旋加速器加速质子，为使质子获得的动能增为原来的4倍，可采用的方法是（ ）
A．只将磁感应强度增加原来的2倍 B．只将交变电压变为原来的4倍
C．只将D形金属盒的半径变为原来的2倍
D．只将D形金属盒的半径变为原来的4倍
4、两个相同的回旋加速器，分别接在加速电压为U1和U2的高频交流电源上，且U2=2U1，有两个相同的带电粒子分别在这两个加速器中运动，设两个粒子在加速器中运动的时间分别为t1和t2，获得的最大动能分别为Ek1和Ek2，则有（ ）
A．t1=t2，Ek1=Ek2 B．t1=t2，Ek1<Ek2
C．t1>t2，Ek1=Ek2 D．t1>t2，Ek1<Ek2
5、如图所示，在回旋加速器的D形盒I的O点处有一离子源，该离子源产生的离子，经两个D形盒缝隙间的电场加速后，进入D形盒II，试求在D形盒II中相邻两个圆形轨道的半径之比。