最新高考物理試卷分類匯編物理速度選擇器和回旋加速器(及答案)(編輯修改稿)
2025-04-01 22:18 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 在加速器中能獲得的最大動能？（在此過程中，粒子未飛出D形盒）【答案】（1）；（2），見解析；（3）【解析】【分析】【詳解】（1）由洛倫茲力提供向心力得粒子每旋轉(zhuǎn)一周動能增加2qU，則旋轉(zhuǎn)周數(shù)周期粒子在磁場中運動的時間一般地可忽略粒子在電場中的運動時間，t磁可視為總時間（2）對α粒子，由速度得其最大動能為對氘核，最大動能為若兩者有相同的動能，設(shè)磁感應(yīng)強度變?yōu)锽′、由α粒子換成氘核，有解得，即磁感應(yīng)強度需增大為原來的倍高頻交流電源的原來周期故由α粒子換為氘核時，交流電源的周期應(yīng)為原來的（3）對粒子分析，其在磁場中的周期每次加速偏移的時間差為加速次數(shù)所以獲得的最大動能8．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，進入與盒面垂直的勻強磁場的兩個D形盒中做圓周運動，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?，離開N板后，在勻強磁場的導(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．經(jīng)典回旋加速器，帶電粒子在不斷被加速后，其在磁場中的旋轉(zhuǎn)半徑也會不斷增加，求加速n次后rn的大??；ｂ．同步加速器因其旋轉(zhuǎn)半徑R始終保持不變，因此磁場必須周期性遞增，請推導(dǎo)Bn的表達式；（3）請你猜想一下，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)）一起進入兩種加速器，請分別說明兩種粒子能否同時被加速，如果不能請說明原因，如果能，請推導(dǎo)說明理由?！敬鸢浮浚?）；（2）a. b.。（3）見解析【解析】【分析】【詳解】（1）粒子僅在狹縫間由電場加速，繞行過程中僅受洛倫茲力作用，洛倫茲力不會對粒子做功，根據(jù)動能定理： 每次動能的增量為：（2）a．在D形盒中洛倫茲力作向心力，磁感應(yīng)強度不需要改變，當?shù)趎次穿過MN兩板間開始作第n圈繞行時第n圈的半徑ｂ．同步加速器因其旋轉(zhuǎn)半徑始終保持不變，因此磁場必須周期性遞增，洛倫茲力作向心力 ， ， 所以第n圈繞行的磁感應(yīng)強度為：（3）經(jīng)典回旋加速器不能做到回旋加速，同步加速器仍然能做到回旋加速。經(jīng)典回旋加速器，交變電壓的周期與帶電粒子回旋周期相同，加速A粒子的交變電壓的周期為而若要加速回旋加速粒子B，交變電壓周期應(yīng)為因此當B粒子到達加速電場縫隙時，電壓方向并沒有反向，因此無法同時加速。同步加速器A粒子的磁場變化周期B粒子的旋轉(zhuǎn)周期 是 的k倍，所以 每繞行1周， 就繞行k周。由于電場只在 通過時存在，故B僅在與A同時進入電場時才被加速。9．如圖是回旋加速器示意圖，置于真空中的兩金屬D形盒的半徑為R，盒間有一較窄的狹縫，狹縫寬度遠小于D形盒的半徑，狹縫間所加交變電壓的頻率為f，電壓大小恒為U，D形盒中勻強磁場方向如圖所示，在左側(cè)D形盒圓心處放有粒子源S，產(chǎn)生的帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q。設(shè)帶電粒子從粒子源S進入加速電場時的初速度為零，不計粒子重力。求：(1)D形盒中勻強磁場的磁感應(yīng)強度B的大小(2)粒子能獲得的最大動能Ek(3)粒子經(jīng)n次加速后在磁場中運動的半徑Rn【答案】(1)(2)(3)【解析】【詳解】(1)粒子做圓周運動的周期與交變電流的周期相等，則有
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