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1、问题问题问题问题1. 1. 请同学回答：用什么方法可以加速带电微粒？请同学回答：用什么方法可以加速带电微粒？请同学回答：用什么方法可以加速带电微粒？请同学回答：用什么方法可以加速带电微粒？ 如下图所示，真空中有一对平行金属板，两板间如下图所示，真空中有一对平行金属板，两板间如下图所示，真空中有一对平行金属板，两板间如下图所示，真空中有一对平行金属板，两板间电压为电压为电压为电压为UU。两板间有一个带正电微粒，由静止开始从。两板间有一个带正电微粒，由静止开始从。两板间有一个带正电微粒，由静止开始从。两板间有一个带正电微粒，由静止开始从正极向负极板运动，当它到负极板可获得多大能量？正极向负极板运动
2、，当它到负极板可获得多大能量？正极向负极板运动，当它到负极板可获得多大能量？正极向负极板运动，当它到负极板可获得多大能量？（不考虑粒子的重力）（不考虑粒子的重力）（不考虑粒子的重力）（不考虑粒子的重力） 答：利用电场可以加速带电粒子答：利用电场可以加速带电粒子答：利用电场可以加速带电粒子答：利用电场可以加速带电粒子+UU问题问题2.2.要使一个带正电微粒获得更大的速度（能量）？要使一个带正电微粒获得更大的速度（能量）？ 答：采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。答：采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。答：采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。答：采用多个电场，使带电粒子实现多级加速。+ 一级
3、一级一级一级 二级二级二级二级 三级三级三级三级 四级四级四级四级 五级五级五级五级为了实现带电粒子的多级加速，应该采用交变电源，为了实现带电粒子的多级加速，应该采用交变电源，为了实现带电粒子的多级加速，应该采用交变电源，为了实现带电粒子的多级加速，应该采用交变电源，使粒子进入每一级都能继续加速。并且电源极性的变使粒子进入每一级都能继续加速。并且电源极性的变使粒子进入每一级都能继续加速。并且电源极性的变使粒子进入每一级都能继续加速。并且电源极性的变化还必须与粒子的运动配合默契，步调一致，即要满化还必须与粒子的运动配合默契，步调一致，即要满化还必须与粒子的运动配合默契，步调一致，即要满化还必须与
4、粒子的运动配合默契，步调一致，即要满足同步条件。足同步条件。足同步条件。足同步条件。粒子获得的能量：粒子获得的能量：E=nqU刚才讨论的直线加速器这类加速器固然有其优刚才讨论的直线加速器这类加速器固然有其优刚才讨论的直线加速器这类加速器固然有其优刚才讨论的直线加速器这类加速器固然有其优点，但它的设备成一条直线，占地面积大，造价贵，点，但它的设备成一条直线，占地面积大，造价贵，点，但它的设备成一条直线，占地面积大，造价贵，点，但它的设备成一条直线，占地面积大，造价贵，我们自然会想：能否设计一种加速器，使带电粒子在我们自然会想：能否设计一种加速器，使带电粒子在我们自然会想：能否设计一种加速器，使带
5、电粒子在我们自然会想：能否设计一种加速器，使带电粒子在较小范围内也能得到较高的能量呢？较小范围内也能得到较高的能量呢？较小范围内也能得到较高的能量呢？较小范围内也能得到较高的能量呢？ 有的同学想到了加磁场使粒子旋转，加电场使粒子加速，有的同学想到了加磁场使粒子旋转，加电场使粒子加速，有的同学想到了加磁场使粒子旋转，加电场使粒子加速，有的同学想到了加磁场使粒子旋转，加电场使粒子加速，这个想法很好。如果让它们巧妙配合，使带电粒子边旋这个想法很好。如果让它们巧妙配合，使带电粒子边旋这个想法很好。如果让它们巧妙配合，使带电粒子边旋这个想法很好。如果让它们巧妙配合，使带电粒子边旋转边加速就好了。转边加速
6、就好了。转边加速就好了。转边加速就好了。早在早在早在早在19321932年，美国物理学家劳伦斯就发明了这种装置年，美国物理学家劳伦斯就发明了这种装置年，美国物理学家劳伦斯就发明了这种装置年，美国物理学家劳伦斯就发明了这种装置回旋加速器。从而使人类在获得较高能量的粒子方回旋加速器。从而使人类在获得较高能量的粒子方回旋加速器。从而使人类在获得较高能量的粒子方回旋加速器。从而使人类在获得较高能量的粒子方面迈了一大步，为此，劳伦斯获得了诺贝尔物理奖。面迈了一大步，为此，劳伦斯获得了诺贝尔物理奖。面迈了一大步，为此，劳伦斯获得了诺贝尔物理奖。面迈了一大步，为此，劳伦斯获得了诺贝尔物理奖。一、直线加速器一
7、、直线加速器二、回旋加速器二、回旋加速器V0V0V1V1V2V2V3V3V4V4V5V5它的核心结构是两个它的核心结构是两个它的核心结构是两个它的核心结构是两个D D形的金属形的金属形的金属形的金属盒，两个盒，两个盒，两个盒，两个D D形盒接在电极上。形盒接在电极上。形盒接在电极上。形盒接在电极上。D D形盒中间有一个窄缝，中心附形盒中间有一个窄缝，中心附形盒中间有一个窄缝，中心附形盒中间有一个窄缝，中心附近有一个粒子源。整个装置放近有一个粒子源。整个装置放近有一个粒子源。整个装置放近有一个粒子源。整个装置放在巨大的电磁铁的两极之间。在巨大的电磁铁的两极之间。在巨大的电磁铁的两极之间。在巨大的
8、电磁铁的两极之间。加速后的粒子最后由特殊装置加速后的粒子最后由特殊装置加速后的粒子最后由特殊装置加速后的粒子最后由特殊装置引出。引出。引出。引出。1.1.带电粒子经两带电粒子经两带电粒子经两带电粒子经两D D形盒间的电场形盒间的电场形盒间的电场形盒间的电场加速后，垂直磁场方向进入某一加速后，垂直磁场方向进入某一加速后，垂直磁场方向进入某一加速后，垂直磁场方向进入某一D D形盒内，在洛仑兹力作用下做形盒内，在洛仑兹力作用下做形盒内，在洛仑兹力作用下做形盒内，在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动，带电粒子在匀速圆周运动，带电粒子在匀速圆周运动，带电粒子在匀速圆周运动，带电粒子在D D形形形形盒中的运动半
9、径盒中的运动半径盒中的运动半径盒中的运动半径r=mv/Bq,r=mv/Bq,带电粒带电粒带电粒带电粒子在一个子在一个子在一个子在一个D D形盒中的运动时间形盒中的运动时间形盒中的运动时间形盒中的运动时间t=T/2=m/Bq.t=T/2=m/Bq.2.2.使高频电源的周期使高频电源的周期使高频电源的周期使高频电源的周期T T2m/Bq,2m/Bq,则当粒子从一个则当粒子从一个则当粒子从一个则当粒子从一个D D形形形形盒飞出时，缝隙间的电场方向恰好改变，粒子在经过盒飞出时，缝隙间的电场方向恰好改变，粒子在经过盒飞出时，缝隙间的电场方向恰好改变，粒子在经过盒飞出时，缝隙间的电场方向恰好改变，粒子在经
10、过缝隙时再一次被加速，以更大的速度进入另一个缝隙时再一次被加速，以更大的速度进入另一个缝隙时再一次被加速，以更大的速度进入另一个缝隙时再一次被加速，以更大的速度进入另一个D D形形形形盒。每经过缝隙一次，带电粒子的速度增大一次，在盒。每经过缝隙一次，带电粒子的速度增大一次，在盒。每经过缝隙一次，带电粒子的速度增大一次，在盒。每经过缝隙一次，带电粒子的速度增大一次，在两两两两D D形盒内运动的轨道半径也逐渐增大。形盒内运动的轨道半径也逐渐增大。形盒内运动的轨道半径也逐渐增大。形盒内运动的轨道半径也逐渐增大。交变电压的周期带电粒子在磁场中运动的周期交变电压的周期带电粒子在磁场中运动的周期交变电压的
11、周期带电粒子在磁场中运动的周期交变电压的周期带电粒子在磁场中运动的周期T T2m/Bq.2m/Bq.设粒子被引出设粒子被引出设粒子被引出设粒子被引出D D形盒前最后半周的轨道半径为形盒前最后半周的轨道半径为形盒前最后半周的轨道半径为形盒前最后半周的轨道半径为R R，则，则，则，则带电粒子从加速器飞出时的速度带电粒子从加速器飞出时的速度带电粒子从加速器飞出时的速度带电粒子从加速器飞出时的速度Vmax=BqR/m.Vmax=BqR/m. 引出速度只与磁感强度和引出速度只与磁感强度和引出速度只与磁感强度和引出速度只与磁感强度和D D形盒半径有关，与加速电压形盒半径有关，与加速电压形盒半径有关，与加速
12、电压形盒半径有关，与加速电压无关。因为加速电压只影响带电粒子加速的总次数。无关。因为加速电压只影响带电粒子加速的总次数。无关。因为加速电压只影响带电粒子加速的总次数。无关。因为加速电压只影响带电粒子加速的总次数。4 4、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相、对于同一回旋加速器，其粒子的回旋的最大半径是相同的。同的。同的。同的。 3 3、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，、带电粒子每经电场加速一次，回旋半径就增大一次，、带电粒子每经
13、电场加速一次，回旋半径就增大一次， 每次增加的动能为每次增加的动能为每次增加的动能为每次增加的动能为 粒子每经过一个周期，被电场加速二次粒子每经过一个周期，被电场加速二次粒子每经过一个周期，被电场加速二次粒子每经过一个周期，被电场加速二次若忽略带电粒子在电场中运动时间，若忽略带电粒子在电场中运动时间，若忽略带电粒子在电场中运动时间，若忽略带电粒子在电场中运动时间，t t可视为总时间。可视为总时间。可视为总时间。可视为总时间。 2.2.若考虑带电粒子在电场中运动时间，将带电粒子在若考虑带电粒子在电场中运动时间，将带电粒子在若考虑带电粒子在电场中运动时间，将带电粒子在若考虑带电粒子在电场中运动时间
14、，将带电粒子在D D形盒两缝隙间的运动首尾连接起来可视为是一个初速度为形盒两缝隙间的运动首尾连接起来可视为是一个初速度为形盒两缝隙间的运动首尾连接起来可视为是一个初速度为形盒两缝隙间的运动首尾连接起来可视为是一个初速度为零的匀加速直线运动，有：零的匀加速直线运动，有：零的匀加速直线运动，有：零的匀加速直线运动，有：可求出可求出t电。电。t总总= t电电+ t磁磁1.1.粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动粒子被加速后，运动速率和运动半径都会增加，它的运动周期会增加吗？周期会增加吗？
15、周期会增加吗？周期会增加吗？ 2.2.要使粒子每次经过电场都被加速，要使粒子每次经过电场都被加速，要使粒子每次经过电场都被加速，要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个什么电压？应在电极上加一个什么电压？应在电极上加一个什么电压？应在电极上加一个什么电压？这个交变电场的周期和粒子在磁场中运这个交变电场的周期和粒子在磁场中运这个交变电场的周期和粒子在磁场中运这个交变电场的周期和粒子在磁场中运动的周期有什么关系？动的周期有什么关系？动的周期有什么关系？动的周期有什么关系？（不会。因为（不会。因为（不会。因为（不会。因为T T2m/qB2m/qB）T0 T0 T T2m/qB2m/qB应加一个
16、交变电场应加一个交变电场应加一个交变电场应加一个交变电场思考：为什么回旋加速器不能无限提高粒子的能量？思考：为什么回旋加速器不能无限提高粒子的能量？思考：为什么回旋加速器不能无限提高粒子的能量？思考：为什么回旋加速器不能无限提高粒子的能量？答：据相对论理论知识，粒子速度被加速到接近答：据相对论理论知识，粒子速度被加速到接近答：据相对论理论知识，粒子速度被加速到接近答：据相对论理论知识，粒子速度被加速到接近光速，质量明显增加，周期光速，质量明显增加，周期光速，质量明显增加，周期光速，质量明显增加，周期T T2m/qB2m/qB也增也增也增也增加，破坏了回旋加速器的同步条件。加，破坏了回旋加速器的
17、同步条件。加，破坏了回旋加速器的同步条件。加，破坏了回旋加速器的同步条件。三、加速器的拓展三、加速器的拓展现在我国已把建设高能加速器的任务作为国现在我国已把建设高能加速器的任务作为国现在我国已把建设高能加速器的任务作为国现在我国已把建设高能加速器的任务作为国 家的重点项目，已取得了一定的成就如家的重点项目，已取得了一定的成就如家的重点项目，已取得了一定的成就如家的重点项目，已取得了一定的成就如19891989年投入运年投入运年投入运年投入运行的北京正负电子对撞机可以使电子束的能量达到行的北京正负电子对撞机可以使电子束的能量达到行的北京正负电子对撞机可以使电子束的能量达到行的北京正负电子对撞机可
18、以使电子束的能量达到2.8+2.8Gev2.8+2.8Gev。 为了解决回旋加速器不同步问题，科学家制为了解决回旋加速器不同步问题，科学家制为了解决回旋加速器不同步问题，科学家制为了解决回旋加速器不同步问题，科学家制造出了同步加速器。思考：如何在回旋加速器的造出了同步加速器。思考：如何在回旋加速器的造出了同步加速器。思考：如何在回旋加速器的造出了同步加速器。思考：如何在回旋加速器的基础上解决不同步问题？基础上解决不同步问题？基础上解决不同步问题？基础上解决不同步问题？1.1.使电磁铁磁场相应同步的增加，保证粒子使电磁铁磁场相应同步的增加，保证粒子使电磁铁磁场相应同步的增加，保证粒子使电磁铁磁场
19、相应同步的增加，保证粒子的周期不变。的周期不变。的周期不变。的周期不变。四、加速器的应用四、加速器的应用 加速器在科学研究，医用，农业，生产，军加速器在科学研究，医用，农业，生产，军加速器在科学研究，医用，农业，生产，军加速器在科学研究，医用，农业，生产，军事等各个领域有广泛的应用事等各个领域有广泛的应用事等各个领域有广泛的应用事等各个领域有广泛的应用2.2.使电场的变换周期随粒子的运动周期同步变大。使电场的变换周期随粒子的运动周期同步变大。使电场的变换周期随粒子的运动周期同步变大。使电场的变换周期随粒子的运动周期同步变大。 例例例例2 2：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正：关于回旋
20、加速器中电场和磁场的作用的叙述，正：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正：关于回旋加速器中电场和磁场的作用的叙述，正确的是确的是确的是确的是( )( )A A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用、电场和磁场都对带电粒子起加速作用、电场和磁场都对带电粒子起加速作用、电场和磁场都对带电粒子起加速作用B B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的C C、只有电场能对带电粒子起加速作用、只有电场能对带电粒子起加速作用、只有电场能对带电粒子起加速作用、只有电场能对带电粒子起加速作用D D、磁场的作
21、用是使带电粒子在、磁场的作用是使带电粒子在、磁场的作用是使带电粒子在、磁场的作用是使带电粒子在D D形盒中做匀速圆周运动形盒中做匀速圆周运动形盒中做匀速圆周运动形盒中做匀速圆周运动CD 例例1.用同一回旋加速器分别对质子和氘用同一回旋加速器分别对质子和氘核加速后（核加速后（ ）A质子获得的动能大于氘核获得的动能质子获得的动能大于氘核获得的动能B质子获得的动能等于氘核获得的动能质子获得的动能等于氘核获得的动能C质子获得的动能小于氘核获得的动能质子获得的动能小于氘核获得的动能 D无法确定无法确定A A例例3 3：回旋加速器：回旋加速器D D形盒中央为质子流，形盒中央为质子流，D D形盒间的交形盒间
22、的交变电压为变电压为U U2104V2104V，静止质子经电场加速后，进入，静止质子经电场加速后，进入D D形盒，其最大轨道半径形盒，其最大轨道半径R R1m1m，磁场的磁感应强度，磁场的磁感应强度B B0.5T0.5T，质子的质量，质子的质量mm1.67101.671019C19C。问：。问：（1 1）质子经回旋加速器最后得到的动能是多大？共）质子经回旋加速器最后得到的动能是多大？共加速了多少次？加速了多少次？（2 2）交变电源的频率是多大？）交变电源的频率是多大？动能：1.9210-12J次数6.0102频率：7.6106Hz1 12 21 12 2 例例例例1 1：串列加速器是用来：串列
23、加速器是用来：串列加速器是用来：串列加速器是用来产产产产生高能离子的装置。生高能离子的装置。生高能离子的装置。生高能离子的装置。图图图图中虚中虚中虚中虚线线线线框框框框内内内内为为为为其主体的原理示意其主体的原理示意其主体的原理示意其主体的原理示意图图图图，其中加速管的中部，其中加速管的中部，其中加速管的中部，其中加速管的中部b b处处处处有很高的正有很高的正有很高的正有很高的正电电电电势势势势U U，a a、c c两端均有两端均有两端均有两端均有电电电电极接地（极接地（极接地（极接地（电势为电势为电势为电势为零）。零）。零）。零）。现现现现将速度很低的将速度很低的将速度很低的将速度很低的负负
24、负负一价碳离子从一价碳离子从一价碳离子从一价碳离子从a a端端端端输输输输入，当离子到达入，当离子到达入，当离子到达入，当离子到达处时处时处时处时，可被，可被，可被，可被设设设设在在在在处处处处的特的特的特的特殊装置将其殊装置将其殊装置将其殊装置将其电电电电子剥离，成子剥离，成子剥离，成子剥离，成为为为为n n价正离子，而不改价正离子，而不改价正离子，而不改价正离子，而不改变变变变其速度大小。其速度大小。其速度大小。其速度大小。这这这这些正些正些正些正n n价碳离子从价碳离子从价碳离子从价碳离子从c c端端端端飞飞飞飞出后出后出后出后进进进进入一与其速度方向垂直的、磁感入一与其速度方向垂直的、
25、磁感入一与其速度方向垂直的、磁感入一与其速度方向垂直的、磁感应应应应强强强强度度度度为为为为B B的匀的匀的匀的匀强强强强磁磁磁磁场场场场中，在磁中，在磁中，在磁中，在磁场场场场中做半径中做半径中做半径中做半径为为为为R R的的的的圆圆圆圆周运周运周运周运动动动动。已。已。已。已知碳离子的知碳离子的知碳离子的知碳离子的质质质质量量量量为为为为m=2.010-26kgm=2.010-26kg，U=7.5105VU=7.5105V，B=0.50TB=0.50T，n=2n=2，基元，基元，基元，基元电电电电荷荷荷荷e=1.610-19Ce=1.610-19C，求，求，求，求R R。解：解：设设碳离子
26、到达碳离子到达b b处时处时的速度的速度为为v1v1 从从c c端射出端射出时时的速度的速度为为v2v2， 由由动动能定理得：能定理得： eU = mv12/2eU = mv12/2， neU = mv22/2 neU = mv22/2 mv12/2mv12/2， 进进入磁入磁场场后，碳离子做后，碳离子做圆圆周运周运动动， R=mv2/BneR=mv2/Bne，得，得 =0.75m =0.75m a ab bc c加速管加速管加速管加速管a ab bC C 加速管加速管 加速管加速管演讲完毕，谢谢观看！9、静夜四无邻，荒居旧业贫。2024/8/152024/8/15Thursday, Augu
27、st 15, 202410、雨中黄叶树，灯下白头人。2024/8/152024/8/152024/8/158/15/2024 7:27:29 PM11、以我独沈久，愧君相见频。2024/8/152024/8/152024/8/15Aug-2415-Aug-2412、故人江海别，几度隔山川。2024/8/152024/8/152024/8/15Thursday, August 15, 202413、乍见翻疑梦，相悲各问年。2024/8/152024/8/152024/8/152024/8/158/15/202414、他乡生白发，旧国见青山。15 八月 20242024/8/152024/8/15
28、2024/8/1515、比不了得就不比，得不到的就不要。八月 242024/8/152024/8/152024/8/158/15/202416、行动出成果，工作出财富。2024/8/152024/8/1515 August 202417、做前，能够环视四周；做时，你只能或者最好沿着以脚为起点的射线向前。2024/8/152024/8/152024/8/152024/8/159、没有失败，只有暂时停止成功！。2024/8/152024/8/15Thursday, August 15, 202410、很多事情努力了未必有结果，但是不努力却什么改变也没有。2024/8/152024/8/152024
29、/8/158/15/2024 7:27:29 PM11、成功就是日复一日那一点点小小努力的积累。2024/8/152024/8/152024/8/15Aug-2415-Aug-2412、世间成事，不求其绝对圆满，留一份不足，可得无限完美。2024/8/152024/8/152024/8/15Thursday, August 15, 202413、不知香积寺，数里入云峰。2024/8/152024/8/152024/8/152024/8/158/15/202414、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。15 八月 20242024/8/152024/8/152024/8/1515、楚塞
30、三湘接，荆门九派通。八月 242024/8/152024/8/152024/8/158/15/202416、少年十五二十时，步行夺得胡马骑。2024/8/152024/8/1515 August 202417、空山新雨后，天气晚来秋。2024/8/152024/8/152024/8/152024/8/159、杨柳散和风，青山澹吾虑。2024/8/152024/8/15Thursday, August 15, 202410、阅读一切好书如同和过去最杰出的人谈话。2024/8/152024/8/152024/8/158/15/2024 7:27:29 PM11、越是没有本领的就越加自命不凡。202
31、4/8/152024/8/152024/8/15Aug-2415-Aug-2412、越是无能的人，越喜欢挑剔别人的错儿。2024/8/152024/8/152024/8/15Thursday, August 15, 202413、知人者智，自知者明。胜人者有力，自胜者强。2024/8/152024/8/152024/8/152024/8/158/15/202414、意志坚强的人能把世界放在手中像泥块一样任意揉捏。15 八月 20242024/8/152024/8/152024/8/1515、最具挑战性的挑战莫过于提升自我。八月 242024/8/152024/8/152024/8/158/15
32、/202416、业余生活要有意义，不要越轨。2024/8/152024/8/1515 August 202417、一个人即使已登上顶峰，也仍要自强不息。2024/8/152024/8/152024/8/152024/8/15MOMODA POWERPOINTLorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Fusce id urna blandit, eleifend nulla ac, fringilla purus. Nulla iaculis tempor felis ut cursus. 感感 谢谢 您您 的的 下下 载载 观观 看看专家告诉
