高考物理速度選擇器和回旋加速器專題訓(xùn)練答案及解析-資料下載頁
2025-04-02 21:10本頁面
【正文】 上的P點(diǎn)與縫隙O的距離為y，y與m的關(guān)系式為；（3）若粒子源S產(chǎn)生的帶正電的粒子電荷量相同而質(zhì)量不同，這些帶電粒子經(jīng)過電場(chǎng)加速和磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，將打在照相底片上的不同點(diǎn)．現(xiàn)要使這些點(diǎn)的間距盡量大一些，請(qǐng)寫出至少兩項(xiàng)可行的措施①增加電場(chǎng)強(qiáng)度，保持其它條件不變 ②減小磁感應(yīng)強(qiáng)度，保持其它條件不變．【解析】解：（1）設(shè)帶電粒子離開電場(chǎng)時(shí)的速度大小為v，根據(jù)動(dòng)能定理解得（2）設(shè)帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為R，根據(jù)牛頓第二定律由幾何關(guān)系可知 y=2R解得（3）可行的措施：①增加電場(chǎng)強(qiáng)度，保持其它條件不變②減小磁感應(yīng)強(qiáng)度，保持其它條件不變答：（1）若粒子源產(chǎn)生的帶正電的粒子質(zhì)量為m、電荷量為q，這些帶電粒子離開電場(chǎng)時(shí)的速度大小為；（2）若粒子源產(chǎn)生的帶正電的粒子質(zhì)量為m、電荷量為q，其打在照相底片上的P點(diǎn)與縫隙O的距離為y，y與m的關(guān)系式為；（3）若粒子源S產(chǎn)生的帶正電的粒子電荷量相同而質(zhì)量不同，這些帶電粒子經(jīng)過電場(chǎng)加速和磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，將打在照相底片上的不同點(diǎn)．現(xiàn)要使這些點(diǎn)的間距盡量大一些，請(qǐng)寫出至少兩項(xiàng)可行的措施①增加電場(chǎng)強(qiáng)度，保持其它條件不變 ②減小磁感應(yīng)強(qiáng)度，保持其它條件不變．【點(diǎn)評(píng)】考查粒子在加速電場(chǎng)中做加速運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，學(xué)會(huì)對(duì)粒子受力分析，理解洛倫茲力提供向心力的條件與應(yīng)用，掌握牛頓第二定律與幾何關(guān)系綜合應(yīng)用．14．如圖回旋加速器D形盒的半徑為r，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為一個(gè)質(zhì)量了m、電荷量為q的粒子在加速器的中央從速度為零開始加速．求該回旋加速器所加交變電場(chǎng)的頻率；求粒子離開回旋加速器時(shí)獲得的動(dòng)能；設(shè)兩D形盒間的加速電壓為U，質(zhì)子每次經(jīng)電場(chǎng)加速后能量增加，加速到上述能量所需時(shí)間不計(jì)在電場(chǎng)中的加速時(shí)間．【答案】（1） （2） （3） 【解析】試題分析: （1）由回旋加速器的工作原理知，交變電場(chǎng)的頻率與粒子在磁場(chǎng)運(yùn)動(dòng)的頻率相等，故:粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)過程，洛倫茲力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律，有：周期：聯(lián)立解得：，(2)粒子離開磁場(chǎng)時(shí)速度最大，根據(jù)牛頓第二定律，有：最大動(dòng)能：聯(lián)立解得：（3）加速次數(shù)：粒子每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈加速兩次，故轉(zhuǎn)動(dòng)的圈數(shù)為：粒子運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為：t=nT 聯(lián)立解得：考點(diǎn)： 帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)15．1930年，Earnest O. Lawrence提出了回旋加速器的理論，他設(shè)想用磁場(chǎng)使帶電粒子沿圓弧形軌道旋轉(zhuǎn)，多次反復(fù)地通過高頻加速電場(chǎng)，直至達(dá)到高能量。題圖甲為Earnest O. Lawrence設(shè)計(jì)的回旋加速器的示意圖。它由兩個(gè)鋁制D型金屬扁盒組成，兩個(gè)D形盒正中間開有一條狹縫；兩個(gè)D型盒處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中并接有高頻交變電壓。圖乙為俯視圖，在D型盒上半面中心S處有一正離子源，它發(fā)出的正離子，經(jīng)狹縫電壓加速后，進(jìn)入D型盒中。在磁場(chǎng)力的作用下運(yùn)動(dòng)半周，再經(jīng)狹縫電壓加速；為保證粒子每次經(jīng)過狹縫都被加速，應(yīng)設(shè)法使交變電壓的周期與粒子在狹縫及磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期一致。如此周而復(fù)始，最后到達(dá)D型盒的邊緣，獲得最大速度后被束流提取裝置提取出。已知正離子的電荷量為q，質(zhì)量為m，加速時(shí)電極間電壓大小恒為U，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D型盒的半徑為R，狹縫之間的距離為d。設(shè)正離子從離子源出發(fā)時(shí)的初速度為零。（1）試計(jì)算上述正離子從離子源出發(fā)被第一次加速后進(jìn)入下半盒中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑；（2）設(shè)該正離子在電場(chǎng)中的加速次數(shù)與回旋半周的次數(shù)相同，試推證當(dāng)Rd時(shí)，正離子在電場(chǎng)中加速的總時(shí)間相對(duì)于在D形盒中回旋的時(shí)間可忽略不計(jì)（正離子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，不考慮磁場(chǎng)的影響）。（3）若此回旋加速器原來加速的是α粒子（），現(xiàn)改為加速氘核（），要想使氘核獲得與α粒子相同的動(dòng)能，請(qǐng)你通過分析，提出一種簡(jiǎn)單可行的辦法?！敬鸢浮浚?）（2）見解析（3）【解析】【詳解】（1）設(shè)質(zhì)子經(jīng)過窄縫被第n次加速后速度為vn，由動(dòng)能定理nqU=mvn2 第n次加速后質(zhì)子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為Rn，由牛頓第二定律Bqvn=m由以上兩式解得則R1=； （2）在電場(chǎng)中加速的總時(shí)間為： 在D形盒中回旋的時(shí)間為t2= 故?1即只有當(dāng)R?d時(shí)，質(zhì)子在電場(chǎng)中加速的總時(shí)間相對(duì)于在D形盒中回旋的時(shí)間可忽略不計(jì)．（3）若加速氘核，氘核從D盒邊緣離開時(shí)的動(dòng)能為Ek′則：Ek′==Ekm聯(lián)立解得B1=B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T=，由α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)鍵知道回旋加強(qiáng)器的工作原理，利用磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)，電場(chǎng)加速．以及知道回旋加強(qiáng)器加速粒子的最大動(dòng)能與什么因素有關(guān)．粒子離開加速器時(shí)圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑等于D形盒的半徑，在電場(chǎng)中的總的運(yùn)動(dòng)可以看做連續(xù)的勻加速直線運(yùn)動(dòng)．
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