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1、第六第六节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、主要构造如如图图1561所所示示：粒粒子子源源；_；匀匀强
2、强磁磁场场；高高频频电电源源；粒粒子子引引出出装装置置；真空容器真空容器(图图中未中未标标出出)图图1561D形金属扁盒形金属扁盒二、工作原理二、工作原理带电带电粒子在粒子在_场场中加速，中加速，进进入入_场场做做_运运动动，再，再进进入入_场场加速，而后又加速，而后又进进入入_场场做做_运运动动.这样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，在磁场场中做中做圆圆周运周运动动的半径将越来越的半径将越来越_，圆圆周运周运动动的周期将的周期将_电电磁磁匀速匀速圆圆周周电电磁磁匀速匀速圆圆周周大大不不变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
3、、回旋加速器的工作原理图图1562工作原理：利用工作原理：利用电场对带电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场对运运动电动电荷的偏荷的偏转转作用来作用来获获得高能粒子，得高能粒子，这这些些过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间的窄的窄缝缝内完成，如内完成，如图图1562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：
4、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别提提醒醒：(1)带带电电粒粒子子在在电电场场中中加加速速时时间间可
5、可忽忽略略不不计计，两两D形形盒盒间间电电势势差差正正、负负变变化化的的周周期期应应和和粒粒子子圆圆周运周运动动的周期相同的周期相同(2)粒子最粒子最终获终获得的能量与加速得的能量与加速电压电压无关，只与磁无关，只与磁感感应应强强度度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，两金属盒处处于垂直于盒于垂直于盒底的匀底的匀强强磁磁场场中，并分中，并分别别与高与高频频交流交流电电源两极相源两极相连连接，从而使粒子每次接，从而使粒子每次经过经过两盒两盒间间的狭的狭
6、缝时缝时都得都得到加速，如到加速，如图图1563所示所示现现要增大要增大带电带电粒子粒子从回旋加速器射出从回旋加速器射出时时的的动动能，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1563A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【点点评评】此此题题易受公式易受公式WqU的影响而的影响而错选错选C项项其其实实，加速，加速电压电压增大增大时时，虽虽然每次加速然每次加速获获得得的的动动能大了，但回旋半径增加的也快了，被加速能大了，
7、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，从而粒子射出的动动能能刚刚好与加速好与加速电压电压无关无关变变式式训训练练1在在回回旋旋加加速速器器中中，带带电电粒粒子子在在匀匀强强磁磁场场中做匀速中做匀速圆圆周运周运动动，下列，下列说说法中正确的是法中正确的是()A带带电电粒粒子子速速率率不不断断增增大大，运运转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运运动动速率不速率不变变，半径不，半径不变变，周期不，周期不变变C运运动动速率不速率不变变，半径不，半径不变变，周期不，周期不变变D运运动动速率增大，半径增大，周期不速率增大，半径增大，周期不变变 回旋加速
8、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U2104 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R1 m，磁场的，磁场的磁感应强度磁感应强度B0.5 T，已知质子质量，已知质子质量m1.671027 kg，电子电荷量为，电子电荷量为1.61019 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？粒子粒子获获得的最大得的最大动动能能例例例例2 2
9、【答案答案】(1)2104 eV(2)1.921012 J(3)7.63106 Hz【点点评评】加速加速电场电场的周期必的周期必须须等于回旋周期，等于回旋周期，这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圆周运周运动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变式式训训练练2用用同同一一回回旋旋加加速速器器分分别别对对质质子子(H)和和氘氘核核(H)加速后，加速后，则则()A质质子子获获得的得的动动能大能大B氘氘核核获获得的得的动动能大能大C两种粒子两种粒子获获得的得的动动能一能一样样大大D无法确定无法确定知能优化训练知能优化训练本部分内容讲解结束本部分内容讲解结束点此点此进进入入课课件目件目录录按按ESC键键退出全屏播放退出全屏播放谢谢谢谢使用使用