高二物理磁场与回旋加速器PPT教学课件

高中物理课件《回旋加速》
这是高中物理课件《回旋加速》的演示，我们将一起探究回旋加速器的原理、 结构、应用和未来发展。
引言
了解回旋加速器的基本概念，探究其在粒子物理研究中的研究意义。
回旋加速器的原理
探索回旋加速器的两种工作模式：场向模式和同步加速模式。
回旋加速器的结构
1
实际应用
2
探索回旋加速器在实际领域中的应用， 如核物理研究、医学应用和环境污染监
测。
基本构造
了解回旋加速器的基本构造和组成部分。
回旋加速器的未来
大型粒子加速器
展望未来可能建造的更大型粒子加速器，以推动科学研究的进一步发展。
人类科技发展的影响
探讨人类科技发展对回旋加速器及其应用可能带来的影响。
总结
回顾回旋加速器的基本原理、应用和未来发展，并展望回旋加速器可能带来 的新发展。
参考文献
1 相关书籍
通过阅读相关的书籍来深入了解回旋加速器的知识。
2 网络资料
借助互联网中的相关资料来拓宽视野。
3 其他参考文献
参考其他

《回旋加速器》ppt 课件
xx年xx月xx日
• 回旋加速器简介 • 回旋加速器的工作原理 • 回旋加速器的应用 • 回旋加速器的挑战与未来发展 • 结论
目录
ห้องสมุดไป่ตู้
01
回旋加速器简介
回旋加速器的定义
01
回旋加速器是一种利用磁场和电 场对带电粒子进行加速的装置， 通常用于高能物理实验和放射性 治疗等领域。
03
回旋加速器的应用
核物理研究
核物理实验
回旋加速器是进行核物理实验的重要 工具，如研究原子核的结构、衰变等 。
探测放射性粒子的性质
利用回旋加速器产生的粒子束，可以 探测和研究放射性粒子的性质，如能 量、寿命等。
核能研究
回旋加速器在核能研究中也有广泛应 用，如研究核聚变、核裂变等。
探测暗物质
回旋加速器产生的粒子束可以用于探 测暗物质，帮助科学家更好地理解宇 宙的构成。
率和安全性。
其他应用领域
01
02
03
工业应用
回旋加速器在工业上有广 泛应用，如无损检测、材 料科学等。
环境保护
利用回旋加速器产生的粒 子束，可以对环境污染进 行监测和控制。
农业应用
在农业领域，回旋加速器 可以用于研究植物的生理 和生长过程，以及农药和 化肥的效果评估等。
04
回旋加速器的挑战与未来 发展
才储备。
国际交流
加强国际间的交流与合 作，共同推进回旋加速 器技术的发展和应用。
政策支持
政府应给予回旋加速器 领域更多的政策支持和 资金投入，促进其可持
续发展。
THANKS
感谢观看
粒子能量与加速次数
粒子的能量与加速次数密切相关 。

原子核被强大的核力约束，只有用极高能量的粒子作为“炮弹”去轰击，
才能把它“打开”。如何获得高速粒子？
(2)如何解决技术上不能产生过高的电压的难题？
?
3.如何解决加速设备很长这一难题？
01
1.构造：两半圆金属盒D1、D2 ，D形盒的缝隙处接交流电源。D形盒处于
匀强磁场中。
02
(1)回旋加速器中磁场和电场分别起什么作用？
知 粒子获得的最大动能较大，氚核
m
2
2m
获得的最大动能较小。B 正确。故选 B。
-
2 2 2
1
q
B
R
2
粒子获得的最大速度：E mv
km
m
2
2m
v1
02
(5)带电粒子在回旋加速器磁场中运动时间是多少？
粒子一个周期内被加速两次
v2
N
BR
粒子在磁场中运动的时间：t
T
2
2U
-
+
qB
R
粒子加速次数： N
2mU
+
2
-
2
Hale Waihona Puke v32v4
vm
v1
03
按照狭义相对论，粒子的质量随着速度的增加而增大，而质量的变
被加速，根据周期公式T
2 m
3
4
结合氚核 ( 1 H ) 和 粒子 ( 2 He) ，可知，加速氚核的交流电源
Bq
v2
的周期较大，而在回旋加速器工作时，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，由 qvB m
r
qBr
1 2 q2 B2r 2
得v
带电粒子射出时的动能 Ek mv

粒子源
粒子源发出粒子初速度略有不同，可以增加速度选择器
电场中直线型加速器——多级加速
A
B
C
D
E
F
怎样多级加速呢？
电源
例 1.如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选 择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S 上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片。平板S下方有磁感应强度为 的匀强磁场。下列表述正确的是( ABC ) A．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小
解析：根据粒子弯曲方向，可知受洛伦兹力方向必沿弯曲方向，判断出粒子必 带正电．而粒子在A、B两点时速度都为零，在运动过程中洛伦兹力不做功，这 样重力功和电场力功应均为零．即A、B点在同一高度；粒子到达最低点C点， 电场力功和重力功最大，速度达到最大，而粒子到B点后将沿同样路径向右偏 转。 答案 ABC
变式训练：
平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片。
电场中直线型加速器——多级加速
粒子源发出粒子初速度略有不同，可以增加速度选择器
(2)根据匀速圆周运动知识求出粒子最大速度的表达式，再据此判断它与何物理量有关。
如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。
C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B
课堂小结
一、质谱仪 质谱仪是利用电场和磁场控制电荷运动的精密仪器，它是测量带电粒子的 质量和分析同位素的重要工具。 二、回旋加速器 回旋加速器的核心部件是:两个D形盒(半圆金属盒） 粒子第一次经加速电场加速后进入磁场，转半周后，再进入D形盒狭缝之间 的加速电场此时电场方向已经与第一次加速时反向,粒子进行第二次加速， 而后重复上述运动。

周期会随着匀速圆周运动的速度的越来越大而 变小吗？
T 2r
v
r mv qB
T 2m
qB
与粒子的运动速 度无关，对于同 一粒子周期不变!
例题
回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强 度为B，一个质量为m，电荷量为q的粒子在加速器的中 央从速度为零开始加速，根据回旋加速器的这些数据估 算该粒子离开回旋加速器时获得的速度，及回旋加速器 的电场变化周期。
T 2m
qB
v qBr m
D形盒的半径越大，粒 子所能获得的速度越大
北京正负电子对撞机：撞出物质奥秘
大科学装置的存在和应用水 平，是一个国家科学技术发展的 具象。它如同一块巨大的磁铁， 能够集聚智慧，构成一个多学科 阵地。作为典型的大科学装置， 北京正负电子对撞机的重大改造 工程就是要再添磁力。
带电粒子在电场中的加速
+
U
+q
-
带电粒子初速度为0，将 其加速到V需要多大的电 压？
qu 1 mv2 2
v 2qu m
高压产生的问题 1、容易击穿电极板。 2、容易使周围的空气电离变成导体。
如何变高压为低压
火炬 分级传递
抗震救灾 解放军分级传递瓦砾 盖瓦 瓦片的分级传递
分级加速
直线加速器
UU U U
U

优点：各级电压独立，低压分级加速 缺点：级数太多，占用空间太大
斯坦福直线加速器中心鸟瞰图
1962年斯坦福直线加速器中心成立后， 开始建造2英里长的直线加速器和实验区
利用磁场让粒子做圆周运动！
回旋加速器
以 正
V3
粒 子
V1
为 例
+ -

第十一页，共33页。
2．磁感线与电场线的比较
两种线
磁感线
电场线
引入目的 为形象描述场而引入的假想线，实际不存在 相
疏密 场的强弱 似 点 切线方向 场的方向
相交 不能相交(电场中无电荷空间不相交)
不同点 闭合曲线
不闭合，起始于正电荷，终 止于负电荷
第十二页，共33页。
3.常见永磁体的磁场 图 5-1-3
第十三页，共33页。
1．关于磁感线，下列说法中正确的是( ) A．两条磁感线的空隙处不存在磁场 B．磁感线总是从 N 极到 S 极 C．磁感线上每一点的切线方向都跟该点的磁场方向一致 D．两个磁场叠加的区域，磁感线可能相交
第十四页，共33页。
【解析】 磁感线是为了形象地描绘磁场而假设的一组有方向的曲线，曲线 上每一点的切线方向都表示该点的磁场方向，曲线疏密表示磁场强弱，所以 C 正 确，A 错误；在磁体外部磁感线从 N 极到 S 极，内部从 S 极到 N 极，磁感线不相 交，所以 B、D 错误．
第二十页，共33页。
[后思考] 当线框面积一定时，磁感应强度越大，磁通量越大吗？
图5-1-4 【提示】 不一定，公式Φ＝BS中S指线框在垂直磁场方向的投影面积，线框 面积一定，但投影面积随线框与磁场方向的相对位置的变化而变化，当线框平行 磁场时，B再大，Φ也等于0.
第二十一页，共33页。
[合作探讨] 如图5-1-5所示，匀强磁场B0竖直向下，且与平面BCFE垂直，已知平面BCFE 的面积为S.
【答案】 B
第三十页，共33页。
6.如图5-1-8所示，框架面积为S，框架平面与磁感应强度为B的匀强磁场方向 垂直，则穿过平面的磁通量为________．若使框架绕OO′转过30°角，则穿过框 架平面的磁通量为________；若从初始位置转过90°角，则穿过框架平面的磁通量 为________；若从初始位置转过180°角，则穿过框架平面的磁通量的变化是 ________．

HK ·物理 选修3-1
HK ·物理 选修3-1
磁 场 与 回 旋 加 速 器
HK ·物理 选修3-1
磁 场 与 回 旋 加 速 器
HK ·物理 选修3-1
磁 场 与 回 旋 加 速 器
HK ·物理 选修3-1
通电导体在安培力作用的平衡和运 动问题的处理方法 这类问题通常以通电导线为研究对象，画出截面受力分 析图，结合牛顿运动定律和平衡条件进行求解．解答时先明 确研究对象，分析受力和运动过程，再选择合适的力学规律 列方程求解，和解力学综合问题的思路完全相同，只不过多 了一个安培力．
【解析】 在解这类题时必须画出截面图，只有在截面 图上才能正确表示各力的准确方向，从而弄清各矢量方向间 的关系．
HK ·物理 选修3-1
画出金属杆的截面图．由三角形法则
得，只有当安培力方向沿导轨平面向上
时安培力才最小，B也最小．根据左手
定则，这时B应垂直于导轨平面向上，
大小满足BI1L＝mgsin α，B＝mgIs1iLn α. 当B的方向改为竖直向上时，这时安培力的方向变为水
【解析】 本题考查粒子做圆周运动的速率、时间、加
速度和角速度，带电粒子在磁场中做圆周运动，求时间时要
考虑时间与周期的关系，求加速度为向心加速度，需考虑洛
伦兹力，求速率也要考虑洛伦兹力，因为
Bqv＝
mv2 r
，从a孔
射入，经c、d两孔射出的粒子轨道半径分别为正方形边长和
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
1 2
边长，所以
vc vd
＝
rc rd
【答案】 (1)1.5 A (2)0.30 N (3)0.06 N
HK ·物理 选修3-1
带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆 周运动问题的处理方法 方法1：若已知粒子轨迹上两点的速度方向，则可根据 洛伦兹力f⊥v，分别确定出这两点处洛伦兹力f的方向，其 交点即为圆心． 方法2：若已知粒子轨迹上两点和其中一点的速度方 向，则可作出这两点连线(即过这两点的圆弧的弦)的中垂 线，再画出已知点v的垂线，中垂线与垂线的交点即为圆 心．

其他应用领域
医学成像
回旋加速器在医学成像领域也有应用，例如用于生产用于正电子发射断层扫描（PET）的放射性示踪剂。
科学研究
除了上述应用外，回旋加速器还在材料科学、化学、生物学等领域中得到广泛应用，为科学研究提供有力支持。
04
回旋加速器的挑战与未来发展
技术挑战与解决方案
技术挑战
随着科技的发展，回旋加速器的技术挑战也 在不断增加。例如，如何提高加速器的能量 效率、减小设备体积、提高粒子束质量等问 题，都是当前面临的重要挑战。
历史与发展
历史
回旋加速器最初由美国物理学家劳伦 斯于1930年代发明，最初用于研究 原子核物理。
发展
随着科技的不断进步，回旋加速器的 规模和性能不断提升，现已成为高能 物理实验的重要工具。
种类与结构
种类
根据加速粒子的种类和能量需求，回旋加速器可分为不同类 型的加速器，如质子回旋加速器、离子回旋加速器等。
磁场的变化
为了使粒子在回旋过程中保持稳定的 轨道，磁场也必须是周期性变化的。 这个周期与粒子的回旋周期同步。
粒子束的形成和导
粒子束的形成
在回旋加速器中，粒子被加速并形成一个束流。这个束流通常被引导到一个实验室内，以便进行各种 实验。
粒子的导出
为了使粒子束能够用于实验，它必须被导出到实验室内。这通常通过一个特殊的出口或“靶室”来完 成。
对采集到的实验数据进行 处理，提取有用的信息。
结果分析
根据处理后的数据进行分 析，得出实验结论。
结果评估
评估实验结果是否符合预 期，并提出改进意见和建 议。
THANKS
感谢观看
VS
放射性治疗计划
通过回旋加速器，可以精确控制放射剂量 和照射范围，提高放射治疗的准确性和效 果。

(3)粒子在磁场中运动轨迹的圆心就在 D 点，则
R＝12
BD
＝
3 2L
qvB0＝mvR2 B0＝2mqLv0
方向垂直纸面向外
答案
2mv (1) qL
2 0
(2) 3v0
方向垂直 BD 向下
(3)2mqLv0 方向垂直纸面向外
网络构建
专题整合 第十七页，共17页。
自我检测
⑧
联解⑤⑥⑦⑧得：x＝23L
⑨
网络构建
专题整合 第十一页，共17页。
自我检测
学案(xuéàn)7 章末总结
例 4 如图所示的直角坐标系 xOy 中，x<0， y>0 的区域内有沿 x 轴正方向的匀强电场， x≥0 的区域内有垂直于 xOy 坐标平面向外的 匀强磁场，x 轴上 P 点坐标为(－L，0)，y 轴 上 M 点的坐标为(0，233L).有一个带正电的 粒子从 P 点以初速度 v 沿 y 轴正方向射入匀 强电场区域，经过 M 点进入匀强磁场区域， 然后经 x 轴上的 C 点(图中未画出)运动到坐标 原点 O.不计重力.求： (1)粒子在 M 点的速度 v′； (2)C 点与 O 点的距离 x； (3)匀强电场的电场强度 E 与匀强磁场的磁感 应强度 B 的比值.
专题整合 第三页，共17页。
自我检测
学案(xuéàn)7 章末总结
一、通电导体在安培力作用下运动的判断四法 安培力作用下通电导体在磁场中运动问题的分析方法： (1)电流元法：把整段通电导体等效为许多小段的直线电流元，用 左手定则判断出每小段电流元所受安培力的方向，从而判断整段 通电导体所受合力方向. (2)特殊位置法：把通电导体或磁铁转到一个便于分析的特殊位置 后再判断安培力的方向. (3)等效法：环形电流和通电螺线管都可以等效成条形磁铁，条形 磁铁也可以等效成环形电流或通电螺线管，通电螺线管也可以等 效成很多匝的环形电流. (4)利用结论法：①两通电导线相互平行时无转动趋势，同向电流 相互吸引，反向电流相互排斥；②两者不平行时，有转动到相互 平行且电流方向相同的趋势.