高考物理速度選擇器和回旋加速器的基本方法技巧及練習(xí)題及練習(xí)題-免費(fèi)閱讀
【正文】 (4)加速器加速帶電粒子的能量為，由粒子換成氘核，有，則，即磁感應(yīng)強(qiáng)度需增大為原來(lái)的倍；高頻交流電源的周期，由粒子換為氘核時(shí)，交流電源的周期應(yīng)為原來(lái)的倍【點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵知道回旋加速器利用磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)和電場(chǎng)加速實(shí)現(xiàn)加速粒子，粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期和交流電的周期相等．15．如圖所示為回旋加速器的原理示意圖，其核心部分是兩個(gè)靠得非常近的D形盒，兩盒分別和一交流電源的兩極相連，交流電源對(duì)粒子的加速電壓為U，勻強(qiáng)磁場(chǎng)分布在兩D形盒內(nèi)且垂直D形盒所在平面，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，在D形盒中央S點(diǎn)處放有粒子源。求圓環(huán)區(qū)域所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B2？【答案】(1) 。D．回旋加速器交流電的頻率與粒子轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相等，即為，可知比荷不同的粒子頻率不同，不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，有可能起不到加速作用。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U。ａ．經(jīng)典回旋加速器，帶電粒子在不斷被加速后，其在磁場(chǎng)中的旋轉(zhuǎn)半徑也會(huì)不斷增加，求加速n次后rn的大小；ｂ．同步加速器因其旋轉(zhuǎn)半徑R始終保持不變，因此磁場(chǎng)必須周期性遞增，請(qǐng)推導(dǎo)Bn的表達(dá)式；（3）請(qǐng)你猜想一下，若帶電粒子A與另一種帶電粒子B（質(zhì)量也為m，電荷量為+kq，k為大于1的整數(shù)）一起進(jìn)入兩種加速器，請(qǐng)分別說(shuō)明兩種粒子能否同時(shí)被加速，如果不能請(qǐng)說(shuō)明原因，如果能，請(qǐng)推導(dǎo)說(shuō)明理由。已知速度的偏向角為θ=90176。一個(gè)帶電粒子（不計(jì)重力）從中點(diǎn)以速度水平飛入，恰能勻速通過(guò)該場(chǎng)區(qū)；若僅撤去該區(qū)域內(nèi)的磁場(chǎng)，使該粒子以同樣的速度從中點(diǎn)飛入場(chǎng)區(qū)，最后恰能從點(diǎn)飛出；若僅撤去該區(qū)域內(nèi)的電場(chǎng)，該帶電粒子仍從中點(diǎn)以相同的速度進(jìn)入場(chǎng)區(qū)，求：(1)該粒子最后飛出場(chǎng)區(qū)的位置；(2)僅存電場(chǎng)與僅存磁場(chǎng)的兩種情況下，帶電粒子飛出場(chǎng)區(qū)時(shí)速度偏向角之比是多少？【答案】(1)連線上距離點(diǎn)處，(2)。高考物理速度選擇器和回旋加速器的基本方法技巧及練習(xí)題及練習(xí)題一、速度選擇器和回旋加速器1．如圖所示的直角坐標(biāo)系xOy，在其第二象限內(nèi)有垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和沿y軸負(fù)方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)?！窘馕觥俊驹斀狻?1)電場(chǎng)、磁場(chǎng)共存時(shí)，粒子勻速通過(guò)可得：僅有電場(chǎng)時(shí)，粒子水平方向勻速運(yùn)動(dòng)：豎直方向勻加速直線運(yùn)動(dòng)：聯(lián)立方程得：僅有磁場(chǎng)時(shí)：根據(jù)幾何關(guān)系可得：設(shè)粒子從M點(diǎn)飛出磁場(chǎng)，由幾何關(guān)系：AM==所以粒子離開的位置在連線上距離點(diǎn)處；(2)僅有電場(chǎng)時(shí)，設(shè)飛出時(shí)速度偏角為α，末速度反向延長(zhǎng)線過(guò)水平位移中點(diǎn)：解得：僅有磁場(chǎng)時(shí)，設(shè)飛出時(shí)速度偏角為β：解得：所以偏轉(zhuǎn)角之比：。不計(jì)重力?！敬鸢浮浚?）；（2）a. b.。若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為＋q，在加速器中被加速，且加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響。故D錯(cuò)誤。（2）。(2)α粒子被加速一次所獲得的能量為粒子被第n次和次加速后的動(dòng)能分別為粒子源放出質(zhì)量為m、帶電量為q的粒子（設(shè)粒子的初速度為零）被回旋加速器加速，設(shè)D形盒的最大半徑為R，求：（1）交流電源的周期T=？（2）當(dāng)粒子在D形盒中圓周運(yùn)動(dòng)半徑為R時(shí)，通過(guò)特定裝置將粒子導(dǎo)出，求將粒子導(dǎo)出前粒子被加速的次數(shù)n=?【答案】（1）（2）【解析】試題分析：粒子先在電場(chǎng)中加速，然后進(jìn)入磁場(chǎng)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，半圓周后，粒子再次進(jìn)入電場(chǎng)，此時(shí)電源交換電極，粒子繼續(xù)加速。可得 在原有回旋加速器外面加裝一個(gè)圓環(huán)，在這個(gè)圓環(huán)區(qū)內(nèi)加垂直加速器向里的磁場(chǎng)B2，讓帶電粒子在加速器邊緣恰好能偏轉(zhuǎn)至圓環(huán)區(qū)域外邊緣加以引導(dǎo)。故C正確。置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可忽略。（1）求帶電粒子A每次經(jīng)過(guò)兩種加速器加速場(chǎng)時(shí)，動(dòng)能的增量；（2）經(jīng)典回旋加速器與同步加速器在裝置上的類似性，源于它們?cè)谠砩系念愃菩?。一正離子沿平行于金屬板面、從A點(diǎn)垂直于磁場(chǎng)的方向射入平行金屬板之間，沿同一方向射出平行金屬板之間的區(qū)域，并沿直徑CD方向射入磁場(chǎng)區(qū)域，最后從圓形區(qū)域邊界上的F點(diǎn)射出。【答案】(1)；(2)；(3)不會(huì)通過(guò)，【解析】【詳解】(1)由題意可知，粒子在第二象限內(nèi)做勻速直線運(yùn)動(dòng),根據(jù)力的平衡有解得(2)粒子在第二象限的磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由題意可知圓周運(yùn)動(dòng)半徑根據(jù)洛倫茲力提供向心力有解得磁感應(yīng)強(qiáng)度大小(3)粒子離開磁場(chǎng)時(shí)速度方向與直線OA垂直，粒子在勻強(qiáng)電場(chǎng)中做曲線運(yùn)動(dòng)，粒子沿y軸負(fù)方向做勻減速直線運(yùn)動(dòng)，粒子在P點(diǎn)沿y軸負(fù)方向的速度大小粒子在電場(chǎng)中沿y軸方向的加速度大小設(shè)經(jīng)過(guò)時(shí)間，粒子沿y軸方向的速度大小為零，根據(jù)運(yùn)動(dòng)學(xué)公式有
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