六、回旋加速器 教学目的： 1、知道回旋加速器的基本构造及工作原理 2、知道回旋加速器的基本用途 教学过程： ●引入新课 在现代物理学中，为了进一步研究物质的微观结构，需要能量很高的带电粒子去轰击原子 核，为了使带电粒子获得如此高的能量，就必须设计一个给带电粒子加速的装置——加速 器 【板书】第六节 回旋加速器 ●进行新课 教师提出问题： 1、用什么方法可以使带电粒子加速？ 学生回答：利用加速电场给带电粒子加速 【板书】由动能定理 W=△EkqU=mV2/2 2、带电粒子一定即 q/m 一定，要使带电粒子获得的能量增大，可采取什么方法？ 3、实际所加的电压，能不能使带电粒子达到所需要的能量？（不能）怎么办？ 【板书】多极加速 投影带电粒子增加的动能为：分析：方法可行，但所占的空间范围大，能不能在较小的范围内实现多极加速呢？1932 年 美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器解决了这个问题 【板书】回旋加速器 1、构造：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子的2、工作原理： （1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场时，只在洛仑兹力作用 下做匀速圆周运动，其中周期和速率与半径无关。
使带电粒子每次进入 D 形盒中都能运动 相等的时间（半个周期）后，平行于电场方向进入电场中加速2）电场的作用：回旋加速器的两个 D 形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于 两 D 形盒直径的匀强电场，加速就是在这个区域完成的 （3）交变电压：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，要在狭 缝处加一个与 T=2πm/qB 相同的交变电压 提问： （1）在加速期有没有磁场？对带电粒子加速有没有影响？ （2）粒子所获得的最大速度与什么因素有关？E= 可见：带电粒子获得的最大能量与 D 形盒半径有关 ●巩固练习： 有一加旋加速器，它的交变电压的频率为 1.2*10^6Hz，半圆形电极的半径为 0.53m，加速 氘核所需要的磁场的磁感应强度要多大？氘核的最大动能是多大？（已知氘核的质量为 3.3*10^-27Kg，电量为 1.6*10^-19C）说明：回旋加速器是现代高能物理所需要的重要仪器，为进一步研究物质微观结构做出了 贡献但它也有不利的一面，因为粒子在能量很高的情况下，它的运动速度接近光速，按 照爱因斯坦的狭义相对论，这时粒子的质量也将发生变化，从而影响粒子在磁场中回旋一 周的时间发生变化，又使电场的频率不再跟粒子运动的频率一致，这也就破坏了加速器工 作的条件，因此要进一步提高粒子的能量就必须采取其它的加速方法，希望学生掌握好现 在的基础知识，将来能研究出更切合实际的加速器。