(物理)-高考物理速度選擇器和回旋加速器專題訓(xùn)練答案含解析-資料下載頁
2025-03-29 22:09本頁面
【正文】 子運(yùn)動(dòng)的固有周期公式聯(lián)立求解；（3）Bm對(duì)應(yīng)粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)可提供的最大頻率，fm對(duì)應(yīng)加速電場(chǎng)可提供的最大頻率，選兩者較小者，作為其共同頻率，然后求此頻率下的最大動(dòng)能．【詳解】（1）設(shè)粒子第1次經(jīng)過狹縫后的半徑為r1，速度為v1qU=mv12qv1B=m解得同理，粒子第2次經(jīng)過狹縫后的半徑則．（2）設(shè)粒子到出口處被加速了n圈解得．（3）加速電場(chǎng)的頻率應(yīng)等于粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的頻率，即當(dāng)磁場(chǎng)感應(yīng)強(qiáng)度為Bm時(shí)，加速電場(chǎng)的頻率應(yīng)為粒子的動(dòng)能當(dāng)fBm≤fm時(shí)，粒子的最大動(dòng)能由Bm決定解得當(dāng)fBm≥fm時(shí)，粒子的最大動(dòng)能由fm決定vm=2πfmR解得【點(diǎn)睛】此題是帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)與動(dòng)能定理的靈活應(yīng)用，本題每一問都比較新穎，需要學(xué)生反復(fù)琢磨解答過程．13．回旋加速器在核科學(xué)、核技術(shù)、核醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，有力地推動(dòng)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。回旋加速器的原理如圖，D1和D2是兩個(gè)中空的半徑為R的半圓金屬盒，它們接在電壓一定、頻率為f的交流電源上，取粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與交流電的周期相同。位于D1圓心處的質(zhì)子源A能不斷產(chǎn)生質(zhì)子（初速度可以忽略，重力不計(jì)），它們?cè)趦珊兄g被電場(chǎng)加速，DD2置于與盒面垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。若輸出時(shí)質(zhì)子束的等效電流為I.（忽略質(zhì)子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間及質(zhì)子的最大速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于光速）(1)寫出質(zhì)子在該回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的周期及質(zhì)子的比荷(2)求質(zhì)子束從回旋加速器輸出時(shí)的平均功率為P.(3)若使用此回旋加速器加速氘核，要想使氘核獲得與質(zhì)子相同的最大動(dòng)能，請(qǐng)分析此時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)該如何變化，并寫出計(jì)算過程。 【答案】（1）；（2）；（3）【解析】【詳解】（1）由回旋加速器的工作原理可知，交變電源的頻率與質(zhì)子回旋的頻率相同，由周期T與頻率f的關(guān)系可知：T=1/f；設(shè)質(zhì)子質(zhì)量為m，電荷量為q，質(zhì)子離開加速器的速度為v，由牛頓第二定律可知： ；質(zhì)子回旋的周期： 則質(zhì)子的比荷為： （2）設(shè)在t時(shí)間內(nèi)離開加速器的質(zhì)子數(shù)為N， 則質(zhì)子束從回旋加速器輸出時(shí)的平均功率 由上述各式得 （3）若使用此回旋加速器加速氘核，Ek1=Ek2 即磁感應(yīng)強(qiáng)度需增大為原來的倍14．正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層（PET）是分子水平上的人體功能顯像的國際領(lǐng)先技術(shù)，它為臨床診斷和治療提供全新的手段。PET所用回旋加速器示意如圖所示，其中D1和D2是置于高真空中的兩個(gè)中空半圓金屬盒，兩半圓盒間的縫隙距離為d，在左側(cè)金屬盒D1圓心處放有粒子源A，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。正電子質(zhì)量為m，電荷量為q。若正電子從粒子源A進(jìn)入加速電場(chǎng)時(shí)的初速度忽略不計(jì)，加速正電子時(shí)電壓U的大小保持不變，不考慮正電子在電場(chǎng)內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過程中受磁場(chǎng)的影響，不計(jì)重力。求：（1）正電子第一次被加速后的速度大小v1；（2）正電子第n次加速后，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r；（3）若希望增加正電子離開加速器時(shí)的最大速度，請(qǐng)?zhí)岢鲆环N你認(rèn)為可行的改進(jìn)辦法！【答案】（1）（2）（3）見解析【解析】（1）正電子第一次被加速后，由動(dòng)能定理可得，解得（2）設(shè)質(zhì)子第n次加速后的速度為由動(dòng)能定理有由牛頓第二定律有，解得（3）方案一：增加磁感應(yīng)強(qiáng)度B，同時(shí)相應(yīng)調(diào)整加速電壓變化周期；方案二：增加金屬盒的半徑。15．回旋加速器的工作原理如圖所示，置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時(shí)間可以忽略不計(jì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，A處粒子源產(chǎn)生的粒子初速度可忽略不計(jì)，質(zhì)量為m、電荷量為+q，每次在兩D形盒中間被加速時(shí)加速電壓均為U，加速過程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力作用。求：(1)粒子第4次加速后的運(yùn)動(dòng)半徑與第5次加速后的運(yùn)動(dòng)半徑之比；(2)粒子在回旋加速器中獲得的最大動(dòng)能及加速次數(shù)?！敬鸢浮浚?）（2） 【解析】【分析】（1）帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)動(dòng)能定理和洛倫茲力提供向心力求出軌道半徑與加速電壓的關(guān)系，從而求出軌道半徑之比。（2）通過D形盒的半徑求出粒子的最大速度和最大動(dòng)能，結(jié)合動(dòng)能定理求出加速的次數(shù)?！驹斀狻浚?）設(shè)粒子每加速一次動(dòng)能增加qU，第n次被加速后粒子的動(dòng)能：nqU=mvn2qvnB=m解得： 粒子笫4次加速后的運(yùn)動(dòng)半徑與笫5次加速后的運(yùn)動(dòng)半徑之比： （2）設(shè)粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的最大半徑為R，粒子的最大速度為vm，受力分析可知qvmB=m粒子的最大動(dòng)能： 粒子在回旋加速器中加速總次數(shù)：【點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵掌握回旋加速器的原理，運(yùn)用電場(chǎng)加速和磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，知道粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與加速電場(chǎng)的變化周期相等。
數(shù)學(xué)相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號(hào)-1