最新高中物理《回旋加速器》精品公开课PPT课件
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【全国百强校】人教版物理高二上册选修3-1磁场.2回旋加速器(21张)-PPT优秀课件
例２：已知回旋加速器中D形盒内匀强磁场的磁感 【全国百强校】青海省湟川中学人教版物理高二上册 选修3-1磁场3.6.2回旋加速器课件(共21张PPT) 应强度B=1.5 T，D形盒的半径为R= 60 cm，两盒 间电压u=2×104 V，今将α粒子从近于间隙中心某 处向D形盒内近似等于零的初速度，垂直于半径的 方向射入，若电场均匀，求：（1）忽略粒子在电 场中的运动时间，（2）不忽略粒子在电场中的运 动时间，粒子在加速器内运行的时间的最大可能值.
【全国百强校】青海省湟川中学人教 版物理 高二上 册 选修3-1 磁场3.6.2回旋加速器课件(共21张PP T)
回旋加速器的工作条件:
交变电压的方向每周期改变两次； 带电粒子每运动一周需要改变电压
方向两次； 交变电压的周期＝带电粒子在磁
场中运动的周期 Ｔ交＝Ｔ磁
【全国百强校】青海省湟川中学人教 版物理 高二上 册 选修3-1 磁场3.6.2回旋加速器课件(共21张PP T)
【全国百强校】青海省湟川中学人教 版物理 高二上 册 选修3-1 磁场3.6.2回旋加速器课件(共21张PP T)
回旋加速器的几点注意：
（１）带电粒子在D形盒中的轨道半径:
r mv qB
（２）带电粒子每次在每个D形盒中的运动时间:
t T m
2 qB
（３）带电粒子从加速器飞出时的速度：
vmqm B其 R R 中 指回旋D 加 形速 盒器 的
回旋加速器
＋
－
m +q
Ek=1/2mv2=qu 实际电压值不可能太高
? 如何突破电压限制
＋－＋－ ＋－ ＋－
m +q
u ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱu
qu
1 2
mv
《回旋加速器》课件
《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 。
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
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粒子能量与加速次数
粒子的能量与加速次数密切相关 。
回旋加速器课件
回旋加速器:(1)构造:回旋加速器的核心部件是两个D 形扁金属盒，整个装置放在真空容器中，如图所示。
①两个D形盒之间留有一个窄缝，在中心位置放有粒子源。
②两个D形盒分别接在高频交变电源的两极上，在两盒间的窄缝中形成一个方向呈周期性变化的交变电场。
(2)原理:利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，如图所示。
①磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直于磁场方向进入匀强磁场时，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其中周期与速度和半径无关，使带电粒子每次进入D形盒中都能运动相等时间(半个周期)后，平行于电场方向进入电场中加速。
②交流电压：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使能量不断提高，要在狭缝处加一个周期与相同的交流电压。
(3)特点①带电粒子在D形盒中的回转周期等于两盒狭缝间高频电场的变化周期，与带电粒子速度无关(磁场保证带电粒子做回旋运动，如图所示)。
②带电粒子在D形金属盒内运动的轨道半径不等距分布。
设带正电粒子的质量为m，电荷量为q，狭缝间加速电压大小为U，粒子源产生的带电粒子，经电场加速第一次进入左半盒时速度和半径分别为。
第二次进入左半盒时，经电场加速3次，进人左半盒的速度和半径为第k次进入左半盒时，经电场加速(2k一1)次，进入左半盒时速度和半径为所以，任意相邻两轨道半径之比可见带电粒子在D形金属盒内运动时，越靠近D 形金属盒的边缘，相邻两轨道的间距越小。
③带电粒子在回旋加速器内运动的最终能量。
由于D形金属盒的大小一定，所以不管粒子的大小及带电荷量如何，粒子最终从加速器内射出时应具有相同的旋转半径。
由牛顿第二定律得动量大小与动能之间存在定量关系由①②两式得可见，带电粒子离开回旋加速器的动能与加速电压无关，而仅受磁感应强度B和D形盒半径的限制。
加速电压的大小只能影响带电粒子在D形盒内加速的次数。
④带电粒子在回旋加速器内的运动时间。
带电粒子在回旋加速器内运动时间的长短，与带电粒子做匀速圆周运动的周期有关，同时还与带电粒子在磁场中转动的圈数有关。
《回旋加速器 》课件
03
控制系统的性能直接影响回 旋加速器的整体性能，如加 速粒子的能量、加速效率等 。
04
控制系统的维护和保养也是 非常重要的，因为控制系统 的稳定性会影响粒子的运动 轨迹，进而影响加速器的性 能。
04
回旋加速器的优缺点
优点
高能物理实验的理想工具
回旋加速器能够提供高能粒子束，是进行高能物理实验的理想工具， 有助于深入理解物质的基本结构和性质。
带电粒子在回旋加速器中沿着 环形轨道不断加速和偏转，最 终达到所需的高能状态。
03
回旋加速器的结构与特点
磁铁系统
磁铁系统是回旋加速器的重要组成部分，主要负 责产生强大的磁场，使带电粒子在回旋运动中受 到洛伦兹力的作用而加速。
磁铁系统的性能直接影响回旋加速器的整体性能 ，如加速粒子的能量、加速效率等。
THANKS
感谢观看
缺点
高成本
回旋加速器是一种复杂的大型科学装置， 其建设和运行需要耗费大量的资金和人力
资源，因此其成本较高。
占地面积大
回旋加速器是一种大型装置，其占地面积 较大，需要专门的实验场地进行建设和运
行。
高技术要求
回旋加速器的设计和制造需要高度的技术 水平，同时其运行和维护也需要专业技术 人员，因此其技术要求较高。
回旋加速器通常由两个或多个加速电 极组成，通过周期性地改变电极上的 电压来加速带电粒子。
回旋加速器的发展历程
01
回旋加速器的发展始于20世纪20 年代，最初是由荷兰物理学家塞 缪尔·范德波尔发明的。
02
随着科技的不断进步，回旋加速 器的设计和性能得到了不断改进 ，目前已经广泛应用于科研、医 疗、工业等领域。
可重复性
回旋加速器能够提供稳定、可重复的实验条件，使得科学家可以在相 同条件下进行多次实验，提高实验结果的可靠性和可比较性。
《回旋加速器 》课件
辐射防护
1 2
穿戴防护服和手套
操作人员应穿戴专门设计的防护服和手套，以减 少辐射暴露的风险。
监控辐射剂量
定期监测操作人员的辐射剂量，确保不超过安全 限制，及时采取必要的防护措施。
3
避免长时间暴露
尽可能减少操作人员暴露在回旋加速器辐射下的 时间，采取轮换作业等措施降低辐射风险。
紧急处理措施
制定应急预案
操作人员需经过专业培训
回旋加速器的操作需要专业知识和技能，操 作人员必须经过严格培训和考核，确保具备 足够的安全意识和操作能力。
设备定期维护和检查
为确保回旋加速器的正常运行，应定期进行设备检 查和维护，及时发现并解决潜在的安全隐患。
限制非授权人员接近
回旋加速器区域应设置安全屏障和门禁系统 ，限制非授权人员进入，防止意外事故发生 。
电源系统应具备过流、过压等安全保护措施，以确保回旋加速器 的安全运行。
03
回旋加速器应用
核物理研究
核能研究
回旋加速器用于研究核能产生机制，探索新型核能利 用方式。
核结构研究
通过回旋加速器，科学家可以研究原子核的结构，深 入了解原子核的性质和行为。
核反应研究
回旋加速器用于研究核反应过程，为核能利用、核武 器研发等领域提供理论支持。
了显著提升。
当前研究领域
03
目前，回旋加速器在核物理、粒子物理、医学等领域得到了广
泛应用。
种类与特点
磁极形状分类
根据磁极的形状，回旋加速器可分为分离回 旋加速器和聚焦回旋加速器。
聚焦回旋加速器
磁极呈鞍状，具有较短的加速距离和较好的 粒子聚焦性能。
分离回旋加速器
磁极呈筒状，结构简单，但加速距离较长。
课件：回旋加速器28页PPT
课件：回旋加速器
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 3斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 3斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容忽视 的。— —爱献 生
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
《回旋加速器》课件
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。
回旋加速器教学课件
带电粒子在匀强磁场中 的运动
第二课时 回旋加速器
一、单级加速器
＋
－
· m
q
U
粒子获得的能量：Ek=q U
缺点: (1)受实际能达到的电压限制,所获能量并不太高
二．多级加速器 zxxk
1 mv2 nqU 2
缺点：所占空间太大
三．回旋加速器
A
v1
v3
A’
v4 v2 v0
1、构造：①粒子源；②两个D形盒；③匀强 磁场；④高频电源；⑤粒子引出装置；
（2） 交变电流的周期为多大？频率 是多大？
与粒子圆周运动周期T相同
（3）、带电粒子获得的最大速度是多大？最大动 能是多大？
（4）、带电粒子在回旋加速器中所转的圈 数是多少？运动的时间是多少？
B
D
V=？
U
磁感应强度为B，加速电压为 U,D形盒的半径为Ｒ，带电粒 子质量为m、电量为q，初速旋加速器中电场和磁场的作用的叙 述，正确的是( CD) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做 匀速圆周运动
2：一回旋加速器，可把质子加速到v，使 它获得动能EK
电场的作用：使带电粒子加速
匀强磁场的作用：使带电粒子回旋
交变电压：为了保证带电粒子每 次经过窄缝时都被加速，使之能 量不断提高
2、关于回旋加速器的几个物理量的求解
磁感应强度为B，D形盒的半径为Ｒ， 带电粒子质量为m、电量为q，初速 度为零。求：
（1）． 粒子的回转周期会变化
吗？
不变
T 2 m
qB
（1）能把α粒子加速到的速度为？
1V 2
第二课时 回旋加速器
一、单级加速器
＋
－
· m
q
U
粒子获得的能量：Ek=q U
缺点: (1)受实际能达到的电压限制,所获能量并不太高
二．多级加速器 zxxk
1 mv2 nqU 2
缺点：所占空间太大
三．回旋加速器
A
v1
v3
A’
v4 v2 v0
1、构造：①粒子源；②两个D形盒；③匀强 磁场；④高频电源；⑤粒子引出装置；
（2） 交变电流的周期为多大？频率 是多大？
与粒子圆周运动周期T相同
（3）、带电粒子获得的最大速度是多大？最大动 能是多大？
（4）、带电粒子在回旋加速器中所转的圈 数是多少？运动的时间是多少？
B
D
V=？
U
磁感应强度为B，加速电压为 U,D形盒的半径为Ｒ，带电粒 子质量为m、电量为q，初速旋加速器中电场和磁场的作用的叙 述，正确的是( CD) A、电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B、电场和磁场是交替地对带电粒子做功的 C、只有电场能对带电粒子起加速作用 D、磁场的作用是使带电粒子在D形盒中做 匀速圆周运动
2：一回旋加速器，可把质子加速到v，使 它获得动能EK
电场的作用：使带电粒子加速
匀强磁场的作用：使带电粒子回旋
交变电压：为了保证带电粒子每 次经过窄缝时都被加速，使之能 量不断提高
2、关于回旋加速器的几个物理量的求解
磁感应强度为B，D形盒的半径为Ｒ， 带电粒子质量为m、电量为q，初速 度为零。求：
（1）． 粒子的回转周期会变化
吗？
不变
T 2 m
qB
（1）能把α粒子加速到的速度为？
1V 2
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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
+ -
+ -
V1
-+ + V2
V2
要使带电粒子每次经过平行极板时都被加速则平行极 板间的电压需周期性改变方向。且电压的周期与带电 粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期相同
带电粒子在磁场中的运动
回旋加速器
世界上最大、能量最高的粒子加速器 ——欧洲大型强子对撞机
世界最大对撞机启动模拟宇宙大爆炸 中国参与研究
在瑞士和法国边界地 区的地底实验室内，科学 家们正式展开了被外界形 容为“末日实验”的备受 争议的计划。他们启动了 全球最大型的强子对撞机 (LHC)，把次原子的粒子 运行速度加快至接近光速， 并将互相撞击，模拟宇宙 初开“大爆炸”后的情况。 科学家希望借这次实验， 有助解开宇宙间部分谜团。 但有人担心，今次实验或 会制造小型黑洞吞噬地球， 令末日论流言四起。
北京正负电子对撞机在我国大科学装置工程中赫赫有名， 为示范之作。1988年10月16日凌晨实现第一次对撞时，曾被 形容为“我国继原子弹、氢弹爆炸成功、人造卫星上天之后， 在高科技领域又一重大突破性成就”。北京正负对撞机重大改 造工程的实施，将让这一大科学装置“升级换代”，继续立在 国际高能物理的前端。
北京正负电子对撞机重大改造工程完工后，将成为世界上 最先进的双环对撞机之一。
这项实验在深入地底100米、长达27公里的环型隧道内进行。科学家预计， 粒子互相撞击时所产生的温度，比太阳温度还要高10万倍，就好比137亿年前宇 宙发生大爆炸时那一剎那的情况。
如何让带电粒子加速？
初速度为零的带电粒子进入 匀强电场，在电场力的作用下做 匀加速直线运动。电场力对带电 粒子做正功，带电粒子速度变大， 动能增加。