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高二物理:回旋加速器的迷惑点,本文清晰讲解!

一:分类

加速器分两种,直线加速器和回旋加速器。直线加速器距离太长,不方便,所以多采用回旋加速器。


二:回旋加速器

带电粒子经过电场加速一次,所以要保证电场变化的周期和粒子做圆周运动的周期相同。学生最困惑的地方是下面两个问题。

1、最大动能与什么有关?

因为加速器的最大半径是一定的,所以最后做匀速圆周运动的半径与速度有关,即:R=mv/qB,Ekm=mv²/2,解得:Ekm=q²B²R²/2m,可以看出,回旋加速器的最大动能与加速器的半径R有关,与加速电压,加速的次数无关。电压小,则加速次数多,但最终的速度是一定的。

2、粒子在加速器中运动的时间

这个学生最不清楚。总的运动时间包括在电场中加速的时间和在磁场中运动的时间。

1)计算在电场中运动的时间t1:

如图,s设电场的缝隙宽度为d,如果从Ⅰ加速,加速n次,又到达Ⅰ时,则转了n个半圆,即是n个周期T/2,电场变化周期和粒子做圆周运动周期相同。则:粒子运动的总时间t=t1+t2。在电场中,nd=at1²/2,qU/d=ma,联立求解得出,在电场中运动的时间t1,一定注意加速一次的时间并不是T/2,因为在电场中加速时间极短,所以要求不严格的情况下,可以忽略。

2)计算在磁场中运动的时间t2

t2=nT/2。

【学生迷惑点】:粒子最后出加速器时,到底加不加在磁场中运动的时间。

这个要看最后一次加速后又在磁场中转了几分之一圈。有的资料含糊不清,造成总时间结果不同,其实就是在于最后在磁场中运动的时间是否考虑!再一个就是有的粗略情况下,把电场中的时间忽略了,有的不忽略,也是造成结果不同。一般情况下,最后那一部分可以忽略,严格的情况下不能忽略,这就是造成不同结果的具体原因。

同学们,明白了吧?


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