回旋加速器原理和考点分析Word下载.doc

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高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中运动的周期相同是加速条件。

回旋加速器的优点是体积小,缺点是粒子的能量不会很高。

高频考点：

回旋加速器中的D形金属盒，它的作用是静电屏蔽。

带电粒子从电场中获得能量。

做题过程中注意应用公式推导和运算。

【关键词】带电粒子加速回旋加速器

一、如何能使带电粒子在较小的范围内实现多级加速图1

？

1．如何使一个带电的微粒获得速度（能量）？

由动能定理

2.如何使一个带电粒子获得很大的速度（能量）?

拓展：

如:

①增大加速电压；

②使微粒的核质比增大，等等。

3.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？

4.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？

图2

多级加速:

:

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。

二、回旋加速器的原理和考点

图3

回旋加速器

（1）回旋加速器的构造：

两个D形金属盒，粒子源，半径为RD,大型电磁铁，高频振荡交变电压U.

（2）用途：

回旋加速器是产生大量高能量的带电粒子的实验设备．

（3）原理：

a.电场加速：

b.磁场约束偏转：

，[1]

C．加速条件：

高频交流电源的周期与带电粒子在D形盒中运动的周期相同，即：

（4）高频考点：

（1）回旋加速器中的D形金属盒，它的作用是静电屏蔽.

（2）回旋加速器最后使粒子得到的

最大速度：

，（R为D形盒半径）,最大动能：

Emax=[2]

（3）交变电压的周期与带电粒子做匀速圆周运动的周期相等：

（4）M和N间的加速电场很窄,可忽略加速时间.故粒子在回旋加速器中运动时间为:

，,

带电粒子在电场中的时间不能忽略：

，,或者

（5）回旋加速器的优点是体积小,缺点是粒子的能量不会很高.按照狭义相对论,当粒子速度接近光速时,质量变大,则圆周运动的周期发生变化,粒子就不会总是赶上加速电场,这破坏了回旋加速器的工作条件.

三、经典例题

例1（2008广东物理卷第4题）1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（）[3]

A．离子由加速器的中心附近进入加速器

B．离子由加速器的边缘进入加速器

C．离子从磁场中获得能量

D．离子从电场中获得能量

【解析】根据回旋加速器的原理可知，离子由加速器的中心附近进入加速器，选项A正确B错误；

离子从电场中获得能量，选项C错误D正确。

【标准答案】AD

例2.东城区

1．（18分）回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示。

它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近（缝隙的宽度远小于盒半径），分别和高频交流电源相连接，使带电粒子每通过缝隙时恰好在最大电压下被加速。

两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面，带电粒子在磁场中做圆周运动，粒子通过两盒的缝隙时反复被加速，直到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。

若D形盒半径为R，所加磁场的磁感应强度为B。

设两D形盒之间所加的交流电压的最大值为U，被加速的粒子为α粒子，其质量为m、电量为q。

α粒子从D形盒中央开始被加速（初动能可以忽略），经若干次加速后，α粒子从D形盒边缘被引出。

求：

（1）α粒子被加速后获得的最大动能Ek；

（2）α粒子在第n次加速后进入一个D形盒中的回旋半径与紧接着第n+1次加速后进入另一个D形盒后的回旋半径之比；

（3）α粒子在回旋加速器中运动的时间；

（4）若使用此回旋加速器加速氘核，要想使氘核获得与α粒子相同的动能，请你通过分析，提出一个简单可行的办法。

东城区参考答案

例2．（18分）

（1）α粒子在D形盒内做圆周运动，轨道半径达到最大时被引出，具有最大动能。

设此时的速度为v，有

（1）可得,α粒子的最大动能Ek=（4分）,

（2）α粒子被加速一次所获得的能量为qU，α粒子被第n次和n+1次加速后的动能分别为

（2）

（3）,可得（5分）,

（3）设α粒子被电场加速的总次数为a，则Ek=（4）,可得a（5）,α粒子在加速器中运动的时间是α粒子在D形盒中旋转a个半圆周的总时间t。

（6）,（7）,解得（5分）,

（4）加速器加速带电粒子的能量为Ek=，由α粒子换成氘核，有，则，即磁感应强度需增大为原来的倍；

高频交流电源的周期，由α粒子换为氘核时，交流电源的周期应为原来的倍。

【参考文献】[1]张维善《高中物理选修3-1》教科书人民教育出版社2007.1；

[2]彭前程《高中物理选修3-1》教师用书人民教育出版社2007.5；

[3]广东物理试卷2008

【作者简介】丑佳丽女1982年11月26日出生籍贯：

黑龙江省铁力市学历：

本科职称：

中学物理二级

【研究方向】物理教学

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