1、5-6洛倫茲力與現(xiàn)代科技,世界上最大、能量最高的粒子加速器 歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī),大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)有史以來(lái) 人為的最高能量粒子位于日內(nèi) 瓦郊區(qū)瑞士與法國(guó)邊界地下 的27公里長(zhǎng)環(huán)形隧道中。,歐洲粒子物理研究中心(CERN),世界最大對(duì)撞機(jī)啟動(dòng)模擬宇宙大爆炸 中國(guó)參與研究,這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)在深入地底100米、長(zhǎng)達(dá)27公里的環(huán)型隧道內(nèi)進(jìn)行。科學(xué)家預(yù)計(jì)，粒子互相撞擊時(shí)所產(chǎn)生的溫度，比太陽(yáng)溫度還要高10萬(wàn)倍，就好比137億年前宇宙發(fā)生大爆炸時(shí)那一剎那的情況。,在瑞士和法國(guó)邊界地區(qū)的地底實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，科學(xué)家們正式展開了被外界形容為“末日實(shí)驗(yàn)”的備受爭(zhēng)議的計(jì)劃。他們啟動(dòng)了全球最大型的強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)(LHC)，把次原子

2、的粒子運(yùn)行速度加快至接近光速，并將互相撞擊，模擬宇宙初開“大爆炸”后的情況。科學(xué)家希望借這次實(shí)驗(yàn)，有助解開宇宙間部分謎團(tuán)。但有人擔(dān)心，今次實(shí)驗(yàn)或會(huì)制造小型黑洞吞噬地球，令末日論流言四起。,一、直線加速器,問(wèn)題2.如何獲得較大的能量呢？,問(wèn)題1.怎樣使帶電粒子加速？,增大兩極板間電壓,問(wèn)題3.將電子的動(dòng)能增加至20MeV，極板間的電壓應(yīng)為多大？,2107V,問(wèn)題4.這樣的電壓，容易提供嗎？安全嗎？,洛倫茲力永遠(yuǎn)不做功。 磁場(chǎng)不能使帶電粒子加速.,多級(jí)加速器,A,思考: 帶電粒子穿越第n個(gè)圓筒時(shí)的動(dòng)能為多大?,一、直線加速器,直線加速器,北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)改造后的直線加速器,直線加速器占有的空間范

3、圍大,能不能在較小的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)多級(jí)加速呢？,化直為曲,勞倫斯（19011958）：美國(guó)物理學(xué)家,二、回旋加速器,回旋加速器的原理,（1）結(jié)構(gòu),1、結(jié)構(gòu)： 兩個(gè)D形盒及兩個(gè)大磁極 D形盒間的窄縫 高頻交流電,二、回旋加速器,構(gòu)造：D形盒、強(qiáng)電磁鐵、交流 電源、粒子源、導(dǎo)出裝置,二、回旋加速器,以正粒子為例,二、回旋加速器,電場(chǎng)作用: 使帶電粒子加速 磁場(chǎng)作用：使帶電粒子偏轉(zhuǎn) 加速條件：,原理,二、回旋加速器,優(yōu)點(diǎn)：占地面積??； 缺點(diǎn)：獲得的粒子的能量不高,想一想,二、回旋加速器,當(dāng) v可接近光速時(shí):,粒子回旋周期:,粒子獲得最大速度,粒子獲得最大動(dòng)能,與加速電壓無(wú)關(guān)！,（4）粒子最后的V大小由盒

4、R決定。,回旋加速器,1、 ，每個(gè)T，加速兩次。,2、帶電粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)首尾連接，是v0=0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。,3、每加速一次，R增大一次，每次增加EK為 各次半徑之比為：,4、同一回旋加速器，回旋最大半徑相同。,5、由于相對(duì)論的限制，只能把粒子加速到一定的能量。,同步加速器 環(huán)形加速器,三、其他加速器,歐洲同步輻射加速器,諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者費(fèi)米曾在1954年提出環(huán)繞地球建一臺(tái)加速器的設(shè)想，稱為費(fèi)米的夢(mèng)。其能量可達(dá)數(shù)千TeV（十億）,費(fèi)米夢(mèng)想的加速器,北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)：撞出物質(zhì)奧秘,大科學(xué)裝置的存在和應(yīng)用水平，是一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的具象。它如同一塊巨大的磁鐵，能夠集聚智慧，構(gòu)成一個(gè)多學(xué)科

5、陣地。作為典型的大科學(xué)裝置，北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)的重大改造工程就是要再添磁力。,北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)在我國(guó)大科學(xué)裝置工程中赫赫有名，為示范之作。1988年10月16日凌晨實(shí)現(xiàn)第一次對(duì)撞時(shí)，曾被形容為“我國(guó)繼原子彈、氫彈爆炸成功、人造衛(wèi)星上天之后，在高科技領(lǐng)域又一重大突破性成就”。北京正負(fù)對(duì)撞機(jī)重大改造工程的實(shí)施，將讓這一大科學(xué)裝置“升級(jí)換代”，繼續(xù)立在國(guó)際高能物理的前端。 北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)重大改造工程完工后，將成為世界上最先進(jìn)的雙環(huán)對(duì)撞機(jī)之一。,1、關(guān)于回旋加速器中電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用的敘述，正確的是( ) A、電場(chǎng)和磁場(chǎng)都對(duì)帶電粒子起加速作用 B、電場(chǎng)和磁場(chǎng)是交替地對(duì)帶電粒子做功的 C、只有電場(chǎng)能

6、對(duì)帶電粒子起加速作用 D、磁場(chǎng)的作用是使帶電粒子在D形盒中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),CD,練 習(xí),2、回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，要增 大帶電粒子射出的動(dòng)能，則下列說(shuō)法中正確的是（ ）,A.增大勻強(qiáng)電場(chǎng)間的加速電壓 B.增大磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B C.減少狹縫間的距離 D.增大D形金屬盒的半徑,BD,練 習(xí),3回旋加速器中： A.電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)用來(lái)加速帶電粒子 B.只有電場(chǎng)用來(lái)加速帶電粒子 C.回旋回速器的半徑越大，則在交變電源固定的前提下，同一帶電粒子獲得的動(dòng)能也越大 D.一帶電粒子不斷被加速的過(guò)程中，交變電源的頻率也要不斷增加,B C,練 習(xí),四、速度選擇器,當(dāng)qvB=qE時(shí),帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)

7、 當(dāng)Bqv qE時(shí),粒子發(fā)生偏轉(zhuǎn). 選擇速度 V=E/B 的粒子.,與粒子帶電正負(fù)無(wú)關(guān). 與質(zhì)量無(wú)關(guān)(重力不計(jì)) 與速度方向有關(guān)單向性,四、速度選擇器,1、構(gòu)造,帶電粒子注入器 加速電場(chǎng)（U） 速度選擇器（E, B1） 偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)（B2） 照相底片,五、質(zhì)譜儀,、質(zhì)譜儀：分析同位素和測(cè)量帶電粒子質(zhì)量的儀器。,4、質(zhì)譜儀工作原理,五、質(zhì)譜儀,等離子體噴入磁場(chǎng)區(qū)域，磁場(chǎng)區(qū)域中有兩塊金屬板A和B，正、負(fù)離子在洛倫茲力作用下發(fā)生上、下偏轉(zhuǎn)而聚集到A、B板產(chǎn)生電勢(shì)差。,當(dāng)qE=qvB時(shí)，兩板間U最大。,六、磁流體發(fā)電機(jī),如圖：是用來(lái)測(cè)定導(dǎo)電液體在導(dǎo)管中流動(dòng)時(shí)流量的儀器，導(dǎo)管直徑為d，用非磁性材料制成，磁感

8、應(yīng)強(qiáng)度為B，a、b間測(cè)出電勢(shì)差為U。,則流量,七、磁流流量計(jì),例題,如圖所示，一束質(zhì)量、速度和電量不等的正離子垂直地射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)正交的區(qū)域里，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有些離子保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)方向，未發(fā)生任何偏轉(zhuǎn)如果讓這些不偏轉(zhuǎn)離子進(jìn)入另一勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，發(fā)現(xiàn)這些離子又分裂成幾束對(duì)這些進(jìn)入后一磁場(chǎng)的離子，可得出結(jié)論：,A它們的動(dòng)能一定各不相同； B它們的電量一定各不相同； C它們的質(zhì)量一定各不相同； D它們的電量與質(zhì)量之比一 定各不相同,D,解：,由R=mvm/qB,有vm=RqB/m,加速次數(shù)：,運(yùn)行時(shí)間,d=0.01cm,在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 ?,加速器運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間?,3如圖所示，在回旋加速器的D形盒的O處有一離子源，該離子源產(chǎn)生的離