高中物理洛倫茲力的實際應(yīng)用課件1

1、洛倫茲力的應(yīng)用實例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：利用加速電場可以加速帶電粒子,問題2：要使一個帶正電微粒獲得更大的速度（能量）？,答：采用多個電場，使帶電粒子實現(xiàn)多級加速。,但采用上圖進行多級加速，真的可行嗎？有什么問題？如何改進？,改進辦法：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，又使得圓筒內(nèi)部的場強為零，從而消除了減速電場的不利影響．,,加速,,勻速,進

2、一步改進：為了簡化裝置，我們可用一個公用電源來提供各級的加速電壓．,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)為這個粒子能夠“一路順風(fēng)”，不斷加速嗎？,為了實現(xiàn)帶電粒子的多級加速，應(yīng)該采用交變電源，使粒子進入每一級都能繼續(xù)加速。并且電源極性的變化還必須與粒子的運動配合默契，步調(diào)一致，即要滿足同步條件。,直線加速器,多級直線加速器應(yīng)具備的條件：,①利用電場加速帶電粒子；,②通過多級加速獲得高能粒子；,③

3、將加速電場以外的區(qū)域靜電屏蔽；,④采用交變電源提供加速電壓；,⑤電場交替變化與帶電粒子運動應(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了一大步．為此，勞侖斯榮獲了諾貝爾物理學(xué)獎．,回旋加速器,（1）回旋加速器的核心部件——① 兩個D形盒及兩個大磁極② D形盒間的窄縫③ 高頻交流電,（2）回旋加速器的原理,,1、磁場的作用：偏轉(zhuǎn)回旋,2

4、、電場的作用：加速,3、交變電壓的作用：保證帶電粒子每次經(jīng)過窄縫時都被加速。,,問題1：粒子被加速后，運動速率和運動半徑都會增加，它的運動周期會增加嗎？,,問題2：在回旋加速器中，如果兩個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？請在圖中畫出粒子的運動軌跡。,?,問題3：要使粒子每次經(jīng)過電場都被加速，應(yīng)在電極上加一個 電壓。,交變,交變電壓的周期TE = 粒子在磁場中運動的周期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1：我認(rèn)為電場是用來加速的，磁場是用來回旋的，最終的能量應(yīng)與磁場無關(guān)。應(yīng)與電場有關(guān)，加速電壓越高，粒子最終能量越高。對嗎？,觀點2：∵運動半徑最大Rm=mVm/qB,得Vm=qBRm/m 　∴半徑最大時，速度也應(yīng)最大?！鄮щ娏Ｗ拥倪\動最大半徑等于D形盒的半徑時，粒子的速度達到最大。對嗎？,

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

7、0兆電子伏．這是因為當(dāng)粒子的速率大到接近光速時，按照相對論原理，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)子達到10000億電子伏以上的能量．,美國伊利諾依州費米實驗

8、室加速器,例1：關(guān)于回旋加速器中電場和磁場的作用的敘述，正確的是( )A、電場和磁場都對帶電粒子起加速作用B、電場和磁場是交替地對帶電粒子做功的C、只有電場能對帶電粒子起加速作用D、磁場的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運動,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，在電場加速后進入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中做圓周運動，設(shè)電場的加速電壓為U，則粒子第一次做勻