80-5.6 洛伦兹力与现代科技

80-5.6 洛伦兹力与现代科技

　　5.6 洛伦兹力与现代科技
　一、课标要求
　1、了解洛伦兹力在现代科技中的广泛应用，理解各种仪器的原理和作用。
　2、掌握带电粒子在复合场中运动问题的解题方法和技巧。
　3、在新的问题情景中，在思考、探讨活动中，体会、感悟用基本物理知识解决科学研究中问题的方法。
　4、通过创设真实的、有研究意义的问题情境，激发学生探究问题的热情，了解现代科技研究的发展近况。
　二、课前复习
　1、当一个带电粒子 垂直 射入匀强 磁场时做匀速圆周运动，其向心力是由洛伦兹力提供的
　2、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径R和周期T的公式为：
　由,得R=； 由，得T=
　三、自主探究
　1、回旋加速器
　（1）什么是加速器：使带电粒子获得高能量的设备。
　（2）从直线加速器到回旋加速器
　思考与讨论：早期的加速器是通过什么方式提高粒子能量的？它与直线加速器都存在怎样的弊端？
　提示：早期的加速器是用不断提高电源的电压来加速的。而实际所能达到的电压是有限的，因此粒子能量最高只能达到约10MeV。直线加速器，是让带电粒子在多级电场的作用下进行多次加速，这样就导致整个加速器很长。
　（3）回旋加速器的原理
　①构造：核心部分是两个D形金属扁盒，它们之间有一间隙，间隙中心A处是粒子源。D形金属扁盒装在真空室内，磁场方向垂直于D形盒的底面，使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。两个D形盒分别与高频电源的两极相连，使间隙中产生交变电场，用来加速带电粒子。
　②原理：
　思考与讨论1：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与速度增大时，它的运动周期T是否变化?为什么？要保证粒子每次经过D形盒的间隙时，都能受到合适的电场力加速，高频电源的频率应符合怎样的要求？
　提示：带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的半径与速度增大时，它的运动周期T不变，周期T=，与半径和速度没有关系；要保证粒子每次经过D形盒的间隙时，都能受到合适的电场力加速，需使粒子每转半圈，电场改变一次方向，即粒子转一圈，电场改变方向两次，电场的周期与粒子旋转周期相同T=。
　思考与讨论2：普通的回旋加速器存在怎样的弊端？加速器又经历了怎样的创新历程？
　提示：普通加速器的磁场是均匀的，加速电场的频率也是不变的。由于相对论效应，粒子在加速过程中，能量的提高会引起它质量的增大，从而导致回旋周期增大，使粒子的回旋频率与加速电场的交变频率不再同步，因而粒子得不到持续的加速。
　为了得到更高能量的粒子，回旋