高中物理 第5章 磁场与回旋加速器 5.6 洛伦兹力与现代科技素材 沪科版选修3-1-沪科版高中选修3-1物理素材

洛伦兹力与现代科技教学建议本节教材的内容属于洛伦兹力有关知识的应用,让学生在学习过程中对理论与实践相结合的研究方法有所体会,并且在学习过程中享受成功的喜悦。作为带电粒子在磁场中运动的知识在现代科学技术中广泛应用的实例,质谱仪和回旋加速器原理是本节的重要内容,可以培养学生综合运用力学知识和电学知识的能力。1.回旋加速器引入回旋加速器的思路应该十分清晰:(1)可以利用静电力对带电粒子做功增加粒子的能量,电压越高粒子增加的能量越大。遇到的困难是技术上不能产生过高的电压。(2)解决上述困难的一个途径是进行多级(次)加速,这就是直线加速器,遇到的困难是加速设备很长。(3)解决上述困难的一个途径是把加速电场“卷起来”,利用磁场改变带电粒子的运动轨迹,让粒子“转圈圈”式地多级(次)加速,这就引入了回旋加速器。介绍回旋加速器的主要装置和原理:(1)粒子每次经过磁场时必须被加速,所以粒子运动半个周期电源必须改变方向。思考与讨论中问到电源的变化周期是否越来越短,这个问题应该让学生讨论后得出结论。(2)D 形盒和盒间电场都应该在真空中。回旋加速器加速带电粒子有没有局限性也可以让学生讨论,学生能够想到——D 形盒半径不能无限制增大;另一个是受相对论效应的制约,这一点应该由老师介绍。值得指出,任何先进的仪器都有某些局限性,不可能发明出十全十美、毫无局限性的先进仪器。2.质谱仪介绍质谱仪,重点介绍的是质谱仪的用途,它可以精确测定粒子的比荷,分析同位素,测定带电粒子的质量,也可以介绍测定粒子的比荷在物理学发展史中的重要作用。参考资料等时性回旋加速器60 年代后,在世界范围掀起了研发等时性回旋加速器的高潮。等时性回旋加速器是由 3 个扇极组合的回旋加速器,能量可变,以第一和第三偕波模式对正离子进行加速。在第一偕波中,质子被加速到 6MeV~30MeV,氘核在 12.5MeV~25MeV,α 粒子在 25MeV~50MeV,3He2+离子在18MeV~62MeV。磁场的变化通过九对圆形的调节线圈来完成,磁场的梯度与半径的比率为(4.5~3.5)×10-3T/cm。磁场方位角通过六对偕波线圈进行校正。RF 系统由 180°的两个 Dee组成,其操作电压达到 80kV,RF 振荡器是一种典型的 6 级振荡器,其频率范围在 8.5~19MHz。通常典型的离子源呈放射状,并且可以通过控制系统进行遥控,在中心区域有一个可以活动的狭缝进行相位调节和中心定位。使用非均匀电场的静电偏转仪和磁场屏蔽通道进行电子束提取,在偏转仪上的最大电势可达到 70kV。对 30MeV 强度...