高中物理速度選擇器和回旋加速器常見題型及答題技巧及練習(xí)題(1)-資料下載頁
2025-04-02 21:09本頁面
【正文】 A4……An共有n個(gè)，均勻分布在整個(gè)圓環(huán)上．每個(gè)電磁鐵內(nèi)的磁場都是勻強(qiáng)磁場，并且磁感應(yīng)強(qiáng)度都相同，方向豎直向下．磁場區(qū)域的直徑為d．改變電磁鐵內(nèi)電流大小，就可以改變磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度，從而改變電子偏轉(zhuǎn)的角度．經(jīng)過精確調(diào)整，首先實(shí)現(xiàn)電子在環(huán)形管道中沿圖甲中粗虛線所示的軌道運(yùn)動(dòng)，這時(shí)電子經(jīng)過每個(gè)電磁鐵時(shí)射入點(diǎn)和射出點(diǎn)都在電磁鐵的同一直徑的兩端，如圖乙所示．這就為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)正、負(fù)電子的對(duì)撞做好了準(zhǔn)備．求電磁鐵內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B大小【答案】(1) ， ；(2) ；(3)【解析】【詳解】解：(1)正、負(fù)電子在回旋加速器中磁場里則有： 解得正、負(fù)電子離開回旋加速器時(shí)的速度為：正、負(fù)電子進(jìn)入對(duì)撞機(jī)時(shí)分別具有的能量： 正、負(fù)電子對(duì)撞湮滅時(shí)動(dòng)量守恒，能量守恒，則有：正、負(fù)電子對(duì)撞湮滅后產(chǎn)生的光子頻率： (2) 從開始經(jīng)回旋加速器加速到獲得最大能量的過程，設(shè)在電場中加速次，則有： 解得： 正、負(fù)電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的周期為： 正、負(fù)電子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為： D型盒間的電場對(duì)電子做功的平均功率： (3)設(shè)電子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為，由幾何關(guān)系可得解得： 根據(jù)洛倫磁力提供向心力可得：電磁鐵內(nèi)勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小：15．回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖所示它的核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒相距很近縫隙的寬度遠(yuǎn)小于盒半徑，分別和高頻交流電源相連接，使帶電粒子每通過縫隙時(shí)恰好在最大電壓下被加速兩盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒面，帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，粒子通過兩盒的縫隙時(shí)反復(fù)被加速，直到最大圓周半徑時(shí)通過特殊裝置被引出若D形盒半徑為R，所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為設(shè)兩D形盒之間所加的交流電壓的最大值為U，被加速的粒子為粒子，其質(zhì)量為m、電量為粒子從D形盒中央開始被加速初動(dòng)能可以忽略，經(jīng)若干次加速后，粒子從D形盒邊緣被引出求：粒子被加速后獲得的最大動(dòng)能；粒子在第n次加速后進(jìn)入一個(gè)D形盒中的回旋半徑與緊接著第次加速后進(jìn)入另一個(gè)D形盒后的回旋半徑之比；粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間；若使用此回旋加速器加速氘核，要想使氘核獲得與粒子相同的動(dòng)能，請(qǐng)你通過分析，提出一個(gè)簡單可行的辦法．【答案】（1） （2） （3） （4） 【解析】【詳解】(1)α粒子在D形盒內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，軌道半徑達(dá)到最大時(shí)被引出，具有最大動(dòng)能設(shè)此時(shí)的速度為v，有可得粒子的最大動(dòng)能(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)能分別為可得 (3)設(shè)粒子被電場加速的總次數(shù)為a，則可得粒子在加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間是粒子在D形盒中旋轉(zhuǎn)a個(gè)半圓周的總時(shí)間t．解得(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)為原來的倍【點(diǎn)睛】解決本題的關(guān)鍵知道回旋加速器利用磁場偏轉(zhuǎn)和電場加速實(shí)現(xiàn)加速粒子，粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的周期和交流電的周期相等．
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