第06节洛伦兹力与现代技术.ppt

1、加速器，一种能加速粒子的装置。直线加速器1，单级加速度Ek=uq 2，多级加速度Ek=(U1 U2 Un)q，例如：长度逐渐增加的N个金属圆筒和一个靶，它们沿轴线排成一列，如图所示(图中以示意图的形式画出五个或六个圆筒)。每个圆筒和靶交替连接到频率f上，正弦交流电源的两端具有最大电压u。整个装置放在一个高真空容器中，圆筒的两个底面的中心开有小孔。目前，一个电量为q、质量为m的正离子沿轴线注入圆柱体，并在圆柱体与靶之间的间隙处受到电场力的作用而加速(假设圆柱体内部没有电场)。间隙的宽度非常小，离子通过间隙的时间可以忽略。众所周知，离子进入第一圆柱体左端的速度是v1。此时，第一和第二圆柱体之间的电

2、势差是u1-U2=-u。为了使离子撞击目标获得最大能量，每个圆柱体的长度应该满足什么条件？在这种情况下，计算离子撞击靶的能量，第n个圆柱的长度LN=，离子撞击靶的动能Ek=EN qu=，回旋加速器，回旋加速器，这是美国物理学家劳伦斯在1932年发明的。回旋加速器是一种利用电场加速充电和磁场偏转移动电荷以获得高能粒子的装置。回旋加速器的工作原理。(1)磁场效应：当带电粒子以垂直于磁场方向的一定速度进入均匀磁场时，它们只在洛仑兹力的作用下作匀速圆周运动，其周期和速率与半径无关，因此带电粒子每次进入d形盒时可以运动相等的时间(半个周期)。输入平行于电场加速方向的电场。(2)电场效应：在回旋加速器的窄

3、间隙区域，有一个周期变化的均匀电场，垂直于两个D形盒的直径，加速在该区域完成。(3)交流电压：为了确保带电粒子每次通过狭缝时都被加速，从而使其能量不断提高，应在狭缝上施加一个等于T=2m/qB的交流电压。1.2.加速区有磁场吗？它会影响带电粒子的加速度吗？3.哪些因素与粒子能获得的最大能量有关？1.D形金属扁盒的主要功能是起到静电屏蔽的作用，使盒内的电场变得极其微弱，使运动的粒子只有在洛伦兹力的作用下才能作匀速圆周运动。2.在加速区也有一个磁场，但是由于加速间隔之间的距离很小，磁场对带电粒子的加速过程影响很小。因此，磁场的影响可以忽略不计。3.带电粒子获得的最大能量与D形盒的半径有关。由于D形

4、盒半径R的限制，该加速器中带电粒子获得的能量也是有限的。1.基本用途：高能粒子通过电场加速和磁场偏转获得。2.工作原理：(1)磁场效应：偏转带电粒子；(2)电场效应：加速带电粒子；(3)交流电压：周期为T=2m/qB，与带电粒子匀速圆周运动的周期相同。d形盒之间的交流电压为U=2104v，静止的质子在电场加速后进入d形盒。它的最大轨道半径为R=1m，磁场的磁感应强度为b=0.5t。(1)质子最初进入d形盒的动能是多少？(2)质子通过回旋加速器的最终动能是多少？(3)交流电源的频率。众所周知，回旋加速器中D形盒内均匀磁场的磁感应强度为B=1.5 T，D形盒的半径为R=60厘米，两个盒之间的电压为

5、u=2104伏。现在，粒子从靠近间隙中心的某处注入D形盒，初始速度近似等于零，并垂直于半径，以找到T运行时间的最大可能值1.直线加速器2。加速器比较3。环形加速器是另一种加速器，在现代高科技活动中有着广泛的应用，如微观粒子的研究和核能的生产。粒子加速器是实现高能粒子的主要途径。如图所示，这是环形粒子加速器的示意图。在图中实线所示的环形区域，有一个垂直于纸面的可调均匀磁场，质量为m、电量为q的带正电粒子在半径为R的环中循环运动.a和B是两个中心有小孔的极板，它们的原始电势都为零。当粒子飞过A板时，A板的电势上升到U，而B板的电势保持为零，粒子在两个板之间的电场中加速。每当粒子离开B板时，A板的电势突然变为零，粒子的动能随着电场的不断加速而增加，但轨道半径保持不变。(1)当t0被设定时，粒子静止在板a的孔处，在电场的作用下加速，并绕第一个圆运动。找出当粒子回到绕着N个圆的A板时所获得的总动能。(2)为了保持粒子在半径为R的圆形轨道上运动，磁场必须周期性地增加。当粒子绕第n个圆运动时，磁感应强度Bn应该是多少？(3)计算粒子绕N圈所需的总时间(不包括