夏邑第一高级中学分校夏邑第一高级中学分校探求探求义务：1；从受力分析的角度，分析物理过程。2：从功能关系的角度，分析物理：从功能关系的角度，分析物理过程。程。三、复合场中的物理模型及运用三、复合场中的物理模型及运用1 1、速度选择器、速度选择器2.质谱仪质谱仪3.3.磁流体磁流体发电机机4.4.盘旋加速器盘旋加速器1.在磁在磁场中做中做圆周运周运动,周期不周期不变2.每一个周期加速两次每一个周期加速两次3.电场变化周期与在磁化周期与在磁场中运中运动的周期一的周期一样4.电场一个周期中方向一个周期中方向变化两次化两次5.最大半径与最大速度相最大半径与最大速度相对应6.电场加速加速过程中程中,时间极短极短,可忽略可忽略加速器加速器问题问题1：用什么方法可以加速带电粒子：用什么方法可以加速带电粒子? 利用加速利用加速电场可以加速可以加速带电粒子粒子+U+问题问题2：要使一个带正电粒子获得更大的：要使一个带正电粒子获得更大的 速度速度(能量能量)? 采用多个采用多个电场,使使带电粒子多粒子多级加速加速采用上图进展多级加速,真的可行吗?有什么问题?如何改良?改良方法：采用静改良方法：采用静电屏蔽屏蔽可以用金属可以用金属圆筒替代原来的极板筒替代原来的极板这样，既可，既可以在金属以在金属圆筒的筒的间隙隙处构成加速构成加速电场，又使得，又使得圆筒内部的筒内部的场强为零，从而消除了减速零，从而消除了减速电场的的不利影响不利影响加速加速匀速匀速进一步改良：进一步改良：为了简化安装，我们可用一个公用为了简化安装，我们可用一个公用电源来提供各级的加速电压电源来提供各级的加速电压假假设我我们要加速一要加速一带正正电的粒子的粒子,假假设电源源的极性的极性坚持恒定一直持恒定一直为A正正B负,他以他以为这个粒子可以个粒子可以“一路一路顺风,不断加速不断加速吗? 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。并且电源极性的变化还必需与粒子的运动配合默契，步伐一致，即要满足同步条件。直直线加速器加速器多多级直直线加速器加速器应具具备的条件：的条件：筒筒间加速加速筒内静筒内静电屏蔽屏蔽利用电场加速带电粒子；经过多级加速获得高能粒子；将加速电场以外的区域静电屏蔽；采用交变电源提供加速电压；电场交替变化与带电粒子运动应满足同步条件斯斯坦坦福福大大学学的的加加速速器器 直直直直线线加速器占地太大，能不能加速器占地太大，能不能加速器占地太大，能不能加速器占地太大，能不能让让它小一点它小一点它小一点它小一点1932年年,美国物理学家劳仑斯发明了盘旋加美国物理学家劳仑斯发明了盘旋加速器，从而使人类在获得具有较高能量的速器，从而使人类在获得具有较高能量的粒子方面迈进了一大步为此，劳仑斯荣粒子方面迈进了一大步为此，劳仑斯荣获了诺贝尔物理学奖获了诺贝尔物理学奖三、三、盘旋加速器旋加速器1、构造：、构造： 两个两个D形盒及两个大磁极形盒及两个大磁极 D形盒形盒间的窄的窄缝 高高频交流交流电三、三、盘旋加速器旋加速器2、原理、原理交交变电压：保：保证带电粒子每次粒子每次经过窄窄缝时都被加速。都被加速。用磁用磁场控制控制轨道、用道、用电场进展加速展加速问题1：粒子被加速后，运：粒子被加速后，运动速率和运速率和运动半径都会添加，它的运半径都会添加，它的运动周期会添加周期会添加吗?问题2：在：在盘旋加速器中，假旋加速器中，假设两个两个D型盒型盒不是分不是分别接在高接在高频交流交流电源的两极上，而源的两极上，而是接在直流的两极上，那么是接在直流的两极上，那么带电粒子能否粒子能否被加速？被加速？请在在图中画出粒子的运中画出粒子的运动轨迹。迹。 ? 问题3：要使粒子每次经过电场都被加速，应在电极上加一个 电压。交交变交交变电压的周期的周期TE = 粒子在磁粒子在磁场中运中运动的周期的周期TB根据以下根据以下图，说一一说为使使带电粒子不断得粒子不断得到加速，提供的到加速，提供的电压应符合怎符合怎样的要求？的要求？ 问题4：盘旋加速器加速的带电粒子的最终能量由哪些要素决议?观念念1：以：以为电场是用来加速的，磁是用来加速的，磁场是用来是用来盘旋的，最旋的，最终的能量的能量应与磁与磁场无关。无关。应与与电场有关，有关，加速加速电压越高，粒子最越高，粒子最终能量越高。能量越高。对吗？观念念2：运运动半径最大半径最大Rm=mVm/qB,得得 Vm=qBRm/m 半径最大半径最大时，速度也，速度也应最大。最大。带电粒子的运粒子的运动最大半径等于最大半径等于D形盒的形盒的半径半径时，粒子的速度到达最大。，粒子的速度到达最大。对吗？问题5：知：知D形盒的直径形盒的直径为D，匀，匀强磁磁场的的磁感磁感应强度度为B，交，交变电压的的电压为U，求：从出口射出求：从出口射出时，粒子的速度，粒子的速度v=?DDV=V=？U UB B解：解：解：解：当粒子从当粒子从当粒子从当粒子从DD形盒出口形盒出口形盒出口形盒出口飞飞出出出出时时，粒子的运粒子的运粒子的运粒子的运动动半径半径半径半径=D=D形盒的半径形盒的半径形盒的半径形盒的半径问题6：知：知D形盒的直径形盒的直径为D，匀，匀强磁磁场的磁感的磁感应强度度为B，交，交变电压的的电压为U，求求:(1)从出口射出从出口射出时，粒子的，粒子的动能能Ek=? (2)要增大粒子的最大要增大粒子的最大动能可采取哪些措施能可采取哪些措施?DDV=V=？U UB B问题7：D越大，越大，EK越大，是不是只需越大，是不是只需D不断增大，不断增大， EK 就可以无限制增大呢就可以无限制增大呢?实践并非如此例如：用践并非如此例如：用这种种经典的典的盘旋加速旋加速器来加速粒子，最高能量只能到达器来加速粒子，最高能量只能到达20MeV这是由于当粒子的速率大到接近光速是由于当粒子的速率大到接近光速时，按照相，按照相对论原理，粒子的原理，粒子的质量将随速率增大而明量将随速率增大而明显地地添加，从而使粒子的添加，从而使粒子的盘旋周期也随之旋周期也随之变化，化，这就破坏了加速器的同步条件就破坏了加速器的同步条件为了获得更高能量的带电粒子，人为了获得更高能量的带电粒子，人们又继续寻觅新的途径例如，设们又继续寻觅新的途径例如，设法使交变电源的变化周期一直与粒法使交变电源的变化周期一直与粒子的盘旋周期坚持一致，于是就出子的盘旋周期坚持一致，于是就出现了同步盘旋加速器除此之外，现了同步盘旋加速器除此之外，人们还设计制造出多种其它的新型人们还设计制造出多种其它的新型加速器目前世界上最大的加速器加速器目前世界上最大的加速器已能使质子到达已能使质子到达10000亿亿eV(106MeV)以上的能量以上的能量美国美国费米米实验室加速器室加速器4一个一个盘旋加速器，当外加旋加速器，当外加电场的的频率一率一时，可以把，可以把质子的速率加速到子的速率加速到v，质子所能子所能获得的能量得的能量为E，那么：，那么：这一一盘旋加速器能把旋加速器能把粒子加速到多大的速度？粒子加速到多大的速度？这一一盘旋加速器能把旋加速器能把粒子加速到多大的能量？粒子加速到多大的能量？这一一盘旋加速器加速旋加速器加速粒子的磁感粒子的磁感应强度跟加速度跟加速质子的磁感子的磁感应强度之比度之比为？=v 4E 21 限时训练：限时训练：1、如图示，以质量为、如图示，以质量为m带正电小球，由某一高度处带正电小球，由某一高度处自在下落一复合场区域内自在下落一复合场区域内B、E方向如图示。，那么方向如图示。，那么以下说法正确的选项是以下说法正确的选项是 A、能够是直线运动。、能够是直线运动。 B、一定是匀速直线运动、一定是匀速直线运动C、一定是曲线运动。、一定是曲线运动。 D、能够是匀加速直线运动。、能够是匀加速直线运动。 . 如下图是一种丈量血管中血流速度仪器的表示如下图是一种丈量血管中血流速度仪器的表示图，在动脉血管两侧分别安装电极并加有磁场。设血图，在动脉血管两侧分别安装电极并加有磁场。设血管直径管直径2.0mm，磁场的磁感应强度为，磁场的磁感应强度为0.080T，电压表，电压表测出的电压为测出的电压为0.10mV，求：，求：血流速度大小血流速度大小 约为约为_m/s。0.625NSVv电极电极CIBdh5、霍尔效应、霍尔效应霍霍尔效效应这一景象是美国物理学家霍一景象是美国物理学家霍尔A.H.Hall，18551938于于1879年在研年在研讨金属的金属的导电机构机构时发现的。当的。当电流垂直于流垂直于外磁外磁场经过导体体时，在，在导体的垂直于磁体的垂直于磁场和和电流方向的两个端面之流方向的两个端面之间会出会出现电势差，差，这一景象便是霍一景象便是霍尔效效应。这个个电势差也被差也被叫做霍叫做霍尔电势差。差。练习2000文科综合如下图厚度为h，宽度为d的导体板放在垂直于它的磁感应强度为B的均匀磁场中，当电流经过导体板时，在导体板的上侧面A和下侧面A之间会产生电势差这种景象称为霍尔效应实验阐明，当磁场不太强时，电势差U、电流I和B的关系为U=kIB/d式中的比例系数K称为霍尔系数 霍尔效应可解释如下：外部磁场的洛仑兹力使运动的电子聚集在导体板的一侧，在导体板的另一侧会出现多余的正电荷，从而构成横向电场横向电场对电子施加与洛仑兹力方向相反的静电力当静电力与洛仑兹力到达平衡时，导体板上下两侧之间就会构成稳定的电势差。设电流I是电子的定向流动构成的，电子的平均定向速度为v，电量为e回答以下问题：1到达稳定形状时，导体板上侧面A的电势 下侧面A的电势填：高于、低于或等于。(2)电子所受的洛仑兹力的大小为 。(3)当导体板上下两侧之间的电势差为U时，电子所受静电力的大小为 。(4)由静电力和洛仑兹力平衡的条件，证明霍尔系数为k=1/ne其中n代表导体板单位体积中电子的个数导学导学P98页第页第21题题IBdh霍尔效应霍尔效应I=neSv=nedhveU/h=evBU=IB/ned=kIB/dk是霍是霍尔系数系数