高中物理课件：第六节《回旋加速器》（人教版选修3-1）.ppt

第六第六节　回旋加速器　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、主要构造如如图15－－6－－1所所示示：：①①粒粒子子源源；；②②____________；；③③匀匀强强磁磁场；；④④高高频电源源；；⑤⑤粒粒子子引引出出装装置置；；⑥⑥真空容器真空容器(图中未中未标出出)．．图15－－6－－1D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粒子在___场中加速，中加速，进入入___场做做_________运运动，再，再进入入___场加速，而后又加速，而后又进入入___场做做___________运运动………….这样粒子一次一粒子一次一次被加速，速度和能量越来越大，在磁次被加速，速度和能量越来越大，在磁场中做中做圆周运周运动的半径将越来越的半径将越来越___，，圆周运周运动的周期将的周期将_____．．电磁磁匀速匀速圆周周电磁磁匀速匀速圆周周大大不不变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15－－6－－2工作原理：利用工作原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁粒子的加速作用和磁场对运运动电荷的偏荷的偏转作用来作用来获得高能粒子，得高能粒子，这些些过程在回旋加速器的核心部件程在回旋加速器的核心部件——两个两个D形盒和其形盒和其间的窄的窄缝内完成，如内完成，如图15－－6－－2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压形盒中运动周期相同的交变电压．．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．特特别提提醒醒：：(1)带电粒粒子子在在电场中中加加速速时间可可忽忽略略不不计，，两两D形形盒盒间电势差差正正、、负变化化的的周周期期应和和粒粒子子圆周运周运动的周期相同．的周期相同．(2)粒子最粒子最终获得的能量与加速得的能量与加速电压无关，只与磁无关，只与磁感感应强强度度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 回旋加速器是加速回旋加速器是加速带电粒子的装置．其主粒子的装置．其主体部分是两个体部分是两个D形金属盒，两金属盒形金属盒，两金属盒处于垂直于盒于垂直于盒底的匀底的匀强强磁磁场中，并分中，并分别与高与高频交流交流电源两极相源两极相连接，从而使粒子每次接，从而使粒子每次经过两盒两盒间的狭的狭缝时都得都得到加速，如到加速，如图15－－6－－3所示．所示．现要增大要增大带电粒子粒子从回旋加速器射出从回旋加速器射出时的的动能，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例例例例1 1图图15－－6－－3A．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【【点点评】】　此　此题易受公式易受公式W＝＝qU的影响而的影响而错选C项．其．其实，加速，加速电压增大增大时，，虽然每次加速然每次加速获得得的的动能大了，但回旋半径增加的也快了，被加速能大了，但回旋半径增加的也快了，被加速的次数就少了，从而粒子射出的的次数就少了，从而粒子射出的动能能刚好与加速好与加速电压无关．无关．变式式训练1　　在在回回旋旋加加速速器器中中，，带电粒粒子子在在匀匀强强磁磁场中做匀速中做匀速圆周运周运动，下列，下列说法中正确的是法中正确的是(　　　　)A．．带电粒粒子子速速率率不不断断增增大大，，运运转半半径径不不断断增增大大，，周期不断增大周期不断增大B．运．运动速率不速率不变，半径不，半径不变，周期不，周期不变C．运．运动速率不速率不变，半径不，半径不变，周期不，周期不变D．运．运动速率增大，半径增大，周期不速率增大，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U＝＝2×104 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R＝＝1 m，磁场的，磁场的磁感应强度磁感应强度B＝＝0.5 T，已知质子质量，已知质子质量m＝＝1.67×10－－27 kg，电子电荷量为，电子电荷量为1.6×10－－19 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？粒子粒子获得的最大得的最大动能能例例例例2 2【【答案答案】】　　(1)2××104 eV　　(2)1.92××10－－12 J(3)7.63××106 Hz【【点点评】】　加速　加速电场的周期必的周期必须等于回旋周期，等于回旋周期，这是回旋加速器的工作条件；粒子在是回旋加速器的工作条件；粒子在D形盒中做匀形盒中做匀速速圆周运周运动的最大半径等于的最大半径等于D形盒的半径．形盒的半径．变式式训练2　　用用同同一一回回旋旋加加速速器器分分别对质子子(H)和和氘核核(H)加速后，加速后，则(　　　　)A．．质子子获得的得的动能大能大B．．氘核核获得的得的动能大能大C．两种粒子．两种粒子获得的得的动能一能一样大大D．无法确定．无法确定同学们来学校和回家的路上要注意安全同学们来学校和回家的路上要注意安全。