高二物理选修3-1《第六节：回旋加速器》学生学案VIP专享VIP免费

高二物理选修3-1《第六节：回旋加速器》学生学案学法指导一、回旋加速器中的磁场起什么作用?在回旋加速器中，每当带电粒子离开加速电场时，都垂直进入匀强磁场，带电粒子将在磁场中作匀速圆周运动，经过半个周期再次返回电场．虽然随着粒子速率的增大，运转半径将逐次增大，但回旋加速器占用的空间范围仍远远小于直线加速罪．在粒子质量m，和电量Q及磁感应强度B一定的条件下,周期T是稳定的，与粒子运动速率v和运动半径r无关．由此可见，磁场是保证带电粒子回旋运动的必要条件．二、回旋加速器使粒子获得的最大能量是多少?最大能量与加速电压的高低有何关系?回旋加速器核心部分是两个D形扁金属盒，两个D形盒之间留一个窄缝，在中心放有粒子源，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间．粒子在D形盒中心出发，经缝隙间的电场加速进入另一D形盒，经磁场偏转半个周期后又回到缝隙，此时，缝隙间的电场方向恰好改变，带电粒子在缝隙中再一次被加速，以更大的速度进入另一D形盒做匀速圆周运动…利用缝隙间的电场使带电粒子加速，利用D形盒中的磁场使带电粒子偏转，每经过缝隙一次，带电粒子的速度增大一次，粒子的速度和动能逐次增大，在D形盒内运动的轨道半径也逐次增大．粒子被引出D形盒前最后半周的轨道半径即D形盒的半径R，在粒子电量q,质量m、磁感强度B、D形盒的半径R一定的条件下，由轨道半径公式可知mqBRvmax，所以粒子的最大能量mRBqmvEk2212222maxmax,由动能定理maxkEnUq进一步可知，加速电压的高低只会影响带电粒子加速的总次数，并不影响引出的最大速度和相应的最大能量。三、回旋加速器能否无限制地给带电粒子加速回旋加速器不能无限制的给带电粒子加速，在粒子的能量很高时，它的速度接近光速，根据爱因斯坦的狭义相对论，这时离子的质量将随着速率的增加而显著地增大，从而使粒子回旋周期变大，这样交变电场的周期难以与粒子回旋周期一致，破坏了加速器的工作条件，也就无法提高速率了。学习课题引入1.提出问题：在现代科学技术中，为了得到高能量的粒子，怎样使它们的速度增加上去？回答是利用电场加速，Uq＝△Ek。2.由于设备问题，很难得到很高的电压，因此必须象接力赛一样，一级一级的逐渐的加速，这就是直线加速器。由于直线加速器占地很大，人们想到利用磁场的偏转作用，让粒子回旋，引出了回旋加速器。轻松学习：一、知识小结1．直线加速器直线加速器是利用电场多次对带电粒子进行加速的原理制成，如果带电量为Q的粒子经U1、U2、…、Un加速后，其动能可以达到Ek=q(Ul+U2+…十Un)，故直线加速器又常称“多级加速器”．目前建成的直线加速器有几千米甚至几十千米．2．回旋加速器回旋加速器利用了带电粒子在磁场中作匀速圆周运动的规律，用交变电场实现对带电粒子的多次加速的原理制成，其体积相对较小．由周期公式qBm2T可知，对一定的带电粒子和磁场来说，T与运动速率和轨道半径无关．当交变电场也以周期T变化时，就能使粒子每经过一次电场就加速一次，多次经过，多次加速．二、重点难点1.重点用心爱心专心116号编辑回旋加速器的加速原理2．难点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。3．疑点当粒子加速到接近光速时，加速粒子就不可能了。三、典型例题关于回旋加速器例：回旋回速器D型盒中央为质子流，D型盒间的交变电压为V，静止质子经电场加速后，进入D型盒，其最大轨道半径，磁场的磁感应强度T，问（1）质子最初进入D型盒的动能多大？（2）质子经回旋回速器最后得到的动能多大？（3）交变电源的频率。解析：在电场中加速获得的动能，粒子经回旋回速器最后的动能为：故有（1）（2）∴（3）四、综合试题例题：高考题：一质量为m,电量为—q的粒子从坐标原点O沿Y轴正方向射出，第三次到达X轴时它与点O的距离为L。求此粒子射出时速度v和运动的总路程s（重力不计）解析：粒子运动的轨迹：如左图按下播放按钮。运用运动学及动力学的有关知识，并设粒子的初速度V，进入电场做减速运动的最大位移l，加速度a。则有：L=4R①Bqv=mv2/R②V2=2al③qE=ma④s=2πR+2l⑤联立①②③④⑤解得：v=qBL/4ms=πL/2+qB2L2/16mE例题：如图a所示为一种...