高中物理高考物理速度選擇器和回旋加速器答題技巧及練習(xí)題-資料下載頁
2025-04-02 21:09本頁面
【正文】 律，求出△x．(8)求出rk所對應(yīng)的加速次數(shù)和rk+1所對應(yīng)的加速次數(shù)即可求出它們所對應(yīng)的軌道半徑，然后作差即可求出rk和rk+1，從而求出△rk，運(yùn)用同樣的方法求出△rk+1，比較△rk和△rk+1即可得出答案.【詳解】(1)帶電粒子在D形盒內(nèi)做圓周運(yùn)動，軌道半徑達(dá)到最大時被引出，此時帶電粒子具有最大動能Ek，：Bqvm= m所以帶電粒子能被加速的最大動能：Ek==(2)設(shè)正離子經(jīng)過窄縫被第n次加速加速后的速度為vn，由動能定理得：nqU=粒子在狹縫中經(jīng)n次加速的總時間：由牛頓第二定律：由以上三式解得電場對粒子加速的時間：正離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，由牛頓第二定律Bqv=m 又T=粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的時間t2=（n1）由以上三式解得:t2=所以， 離子從離開離子源到被第n次加速結(jié)束時所經(jīng)歷的時間t=t1+t2=d(3)設(shè)粒子飛出的末速度為v，將多次電場加速等效為一次從0到v的勻加速直線運(yùn)動. 在電場中t1=， 在d形盒中回旋周期與速度v無關(guān)，在D形盒中回旋最后半周的時間為，在D形盒中回旋的總時間為t1=n故＜＜1即當(dāng)R＞＞d時，t1可忽略不計.(4)帶電粒子在D2盒中第n個半圓是帶電粒子經(jīng)過窄縫被加速2n1次后的運(yùn)動軌道，設(shè)其被加速2n1次后的速度為vn由動能定理得:（2n1）qU =此后帶電粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，半徑為rn,由牛頓第二定律得Bqvn=m得：(5)設(shè)在時間t內(nèi)離開加速器的帶電粒子數(shù)N，則正離子束從回旋加速器輸出時形成的的等效電流I=，解得:N= 帶電粒子從回旋加速器輸出時的平均功率=(6)加速電場的頻率應(yīng)等于粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的頻率，即當(dāng)磁場感應(yīng)強(qiáng)度為Bm時，加速電場的頻率應(yīng)為粒子的動能當(dāng)≤時，粒子的最大動能由Bm決定 qvmBm=m解得Ekm=當(dāng)≥時，粒子的最大動能由fm決定,vm=2πfmR解得Ekm=(7)離子經(jīng)電場第1次加速后，以速度v1進(jìn)入D2盒，設(shè)軌道半徑為r1，r1=離子經(jīng)第2次電場加速后，以速度v2進(jìn)入D1盒，設(shè)軌道半徑為r2,軌道半徑：r2= ……離子第n次由D1盒進(jìn)入D2盒，離子已經(jīng)過（2n1）次電場加速，以速度v21進(jìn)入D2盒，由動能定理：（2n1）Uq=軌道半徑：rn=離子經(jīng)第n+1次由D1盒進(jìn)入D2盒，離子已經(jīng)過2n次電場加速，以速度v2n進(jìn)入D1盒，由動能定理：2nUq=軌道半徑：rn+1=則:如圖所示: (8)設(shè)k為同一盒子中質(zhì)子運(yùn)動軌道半徑的序數(shù)，相鄰的軌道半徑分別為rk，rk+1（rk＜rk+1）， △rk= rk+1 rk，在相應(yīng)軌道上質(zhì)子對應(yīng)的速度大小分別為vk，vk+1，DD2之間的電壓為U，由動能定理知2qU= ⑦由洛倫茲力充當(dāng)質(zhì)子做圓周運(yùn)動的向心力，知rk=，則2qU= ⑧整理得:△rk ⑨相鄰軌道半徑rk+1，rk+2之差△rk+1=rk+2 rk+2 同理△rk+1=因U、q、m、B均為定值，且因為rk+2＞rk，比較△rk與△rk+1 得:△rk+1＜△rk【點睛】借助回旋加強(qiáng)器的工作原理，利用磁場偏轉(zhuǎn)，電場加速．以及知道回旋加強(qiáng)器加速粒子的最大動能與什么因素有關(guān)．粒子離開加速器時圓周運(yùn)動的軌道半徑等于D形盒的半徑，在電場中的總的運(yùn)動可以看做連續(xù)的勻加速直線運(yùn)動．15．如圖所示為回旋加速器的簡易圖，整個裝置置于方向豎直向下磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，已知兩D盒的半徑大小為R，兩個狹縫之間的間距為d，現(xiàn)將一粒子發(fā)射源放在D盒的圓心處，且該粒子發(fā)射源能釋放質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電粒子，且粒子的初速度視為零，當(dāng)在兩狹縫之間施加一高頻交變電壓，加速電壓U的大小認(rèn)為不變，粒子的重力可忽略，該帶電粒子在電場中的加速次數(shù)與粒子在磁場中回旋半個圓周的次數(shù)相同．求：(1)盡管粒子在狹縫中每次加速的時間很短但也不可忽略，計算上述粒子在某次加速過程當(dāng)中從離開粒子源到被第n次加速結(jié)束時所經(jīng)歷的時間；(2)粒子在第n次由D1盒進(jìn)入D2盒與緊接著第n＋1次由D1盒進(jìn)入D2盒位置之間的距離Δx.【答案】【解析】試題分析：根據(jù)動能定理求出粒子經(jīng)過窄縫被第n次加速后的速度為vn，在根據(jù)運(yùn)動學(xué)公式和牛頓第二定律即可求出粒子從離開粒子源到被第n次加速結(jié)束時所經(jīng)歷的時間；根據(jù)牛頓第二定律和動能定理相應(yīng)的幾何關(guān)系即可求出粒子在第n次由D1盒進(jìn)入D2盒與緊接著第n＋1次由D1盒進(jìn)入D2盒位置之間的距離Δx。(1)設(shè)粒子經(jīng)過窄縫被第n次加速后的速度為vn，由動能定理得： 粒子在狹縫中經(jīng)n次加速的總時間： 由牛頓第二定律： 由以上三式解得電場對粒子加速的時間： 正離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，由牛頓第二定律： 又： 粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的時間解得： 所以，粒子從離開粒子源到被第n次加速結(jié)束時所經(jīng)歷的時間 (2)粒子經(jīng)電場第1次加速后，以速度v1進(jìn)入D2盒，設(shè)軌道半徑為r1粒子經(jīng)第2次電場加速后，以速度v2進(jìn)入D1盒，設(shè)軌道半徑為r2軌道半徑： 粒子第n次由D1盒進(jìn)入D2盒，粒子已經(jīng)過2n－1次電場加速，以速度v2n－1進(jìn)入D2盒，由動能定理： 軌道半徑： 粒子第n＋1次由D1盒進(jìn)入D2盒加速前，粒子已經(jīng)過2n次電場加速，以速度v2n進(jìn)入電場，由動能定理： 軌道半徑： 則Δx＝2(rn＋1－rn)即： 點睛：本題主要考查了回旋加速器，關(guān)鍵知道回旋加速器利用磁場偏轉(zhuǎn)和電場加速實現(xiàn)加速粒子，粒子在磁場中運(yùn)動的周期和交流電的周期相等，建立正確的物理模型是解題的關(guān)鍵。
研究報告相關(guān)推薦
鄂ICP備17016276號-1