最新物理高考物理速度選擇器和回旋加速器練習(xí)題(編輯修改稿)
2025-04-01 22:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 an30186。 = ⑿得:E1= ⒀所以: ⒁8．如圖中左邊有一對平行金屬板，兩板相距為d，電壓為U，兩板之間有勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，方向與金屬板面平行并垂直于紙面朝里。圖中右邊有一半徑為R、圓心為O的圓形區(qū)域內(nèi)也存在勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直于紙面朝里。一正離子沿平行于金屬板面、從A點(diǎn)垂直于磁場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方向射入磁場區(qū)域，最后從圓形區(qū)域邊界上的F點(diǎn)射出。已知速度的偏向角為θ=90176。，不計重力。求：(1)離子速度v的大??；(2)離子的比荷q/m?！敬鸢浮?；【解析】【詳解】(1)離子在平行金屬板之間做勻速直線運(yùn)動：得：(2)在圓形磁場區(qū)域，離子做勻速圓周運(yùn)動，由牛頓第二定律得：由幾何關(guān)系得：r=R離子的比荷為：9．PQ和 MN分別是完全正對的金屬板，接入電動勢為E 的電源，如圖所示，板間電場可看作勻強(qiáng)電場,MN之間距離為d，其間存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場。緊挨著P板有一能產(chǎn)生正電荷的粒子源S，Q 板中間有孔J，SJK在一條直線上且與 MN 平行。產(chǎn)生的粒子初速度不計，粒子重力不計，發(fā)現(xiàn)粒子能沿著SJK 路徑從孔 K射出，求粒子的比荷?！敬鸢浮俊窘馕觥俊痉治觥苛Ｗ釉赑Q板間是勻加速直線運(yùn)動，根據(jù)動能定理列式；進(jìn)入MN板間是勻速直線運(yùn)動，電場力和洛倫茲力平衡，根據(jù)平衡條件列式；最后聯(lián)立求解即可．【詳解】PQ板間加速粒子，穿過J孔是速度為v根據(jù)動能定理，有：沿著SJK路徑從K孔穿出，粒子受電場力和洛倫茲力平衡:解得:【點(diǎn)睛】本題關(guān)鍵是明確粒子的受力情況和運(yùn)動情況，根據(jù)動能定理和平衡條件列式.10．1932 年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地利用帶電粒子在磁場中的運(yùn)動特點(diǎn)，解決了粒子的加速問題．現(xiàn)在回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)設(shè)備中．某型號的回旋加速器的工作原理如圖甲所示，圖乙為俯視圖．回旋加速器的核心部分為兩個 D 形盒，分別為 DD2．D 形盒裝在真空容器里，整個裝置放在巨大的電磁鐵兩極之間的強(qiáng)大磁場中，磁場可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場，且與 D 形盒底面垂直．兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計．D 形盒的半徑為 R，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為 B．設(shè)質(zhì)子從粒子源 A 處進(jìn)入加速電場的初速度不計．質(zhì)子質(zhì)量為 m、電荷量為+q．加速器接入一定頻率的高頻交變電源，加速電壓為 U．加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力作用．求：（1）質(zhì)子第一次經(jīng)過狹縫被加速后進(jìn)入 D2 盒時的速度大小 v1 和進(jìn)入 D2 盒后運(yùn)動的軌道半徑 r1；（2）質(zhì)子被加速后獲得的最大動能 Ek 和交變電壓的頻率 f；（3）若兩 D 形盒狹縫之間距離為 d，且 dR．計算質(zhì)子在電場中運(yùn)動的總時間 t1 與在磁場中運(yùn)動總時間 t2，并由此說明質(zhì)子穿過電場時間可以忽略不計的原因．【答案】(1) ， (2) ， (3) ， ； 【解析】（1）設(shè)質(zhì)子第1此經(jīng)過狹縫被加速后的速度為v1： 解得 解得： （2）當(dāng)粒子在磁場中運(yùn)動半徑非常接近D型盒的半徑A時，粒子的動能最大，設(shè)速度為vm，則 解得 回旋加速器正常工作時高頻交變電壓的頻率等于粒子回旋的頻率，則設(shè)粒子在磁場中運(yùn)動的周期為T,則： 則 （3）設(shè)質(zhì)子從靜止開始加速到粒子離開加速了n圈，粒子在出口處的速度為v，根據(jù)動能定理可得： 可得 粒子在夾縫中加速時，有： ，第n次通過夾縫所用的時間滿足： 將粒子每次通過夾縫所用時間累加，則有 而粒子在磁場中運(yùn)動的時間為（每圈周期相同） 可解得，因為dR，則 t1t211．我們熟知經(jīng)典回旋加速器如圖（甲）所示，帶電粒子從M處經(jīng)狹縫中的高頻交流電壓加速，進(jìn)入與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場的兩個D形盒中做圓周運(yùn)動，循環(huán)往復(fù)不斷被加速，最終離開加速器。另一種同步加速器，基本原理可以簡化為如圖（乙）所示模型，帶電粒子從M板進(jìn)入高壓縫隙被加速，離開N板時，兩板的電荷量均立即變?yōu)榱悖x開N板后，在勻強(qiáng)磁場的導(dǎo)引控制下回旋反復(fù)通過加速電場區(qū)不斷加速，但帶電粒子的旋轉(zhuǎn)半徑始終保持不變。已知帶電粒子A 的電荷量為+q，質(zhì)量為m，帶電粒子第一次進(jìn)入磁場區(qū)時，兩種加速器的磁場均為B0，加速時狹縫間電壓大小都恒為U，設(shè)帶電粒子最初進(jìn)入狹縫時的初速度為零，不計粒子受到的重力，不計粒子加速時間及其做圓周運(yùn)動產(chǎn)生的電磁輻射，不考慮磁場變化對粒子速度的影響及相對論效應(yīng)。（1）求帶電粒子A每次經(jīng)過兩種加速器加速場時，動能的增量；（2）經(jīng)典回旋加速器與同步加速器在裝置上的類似性，源于它們在原理上的類似性。ａ
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