高考物理速度選擇器和回旋加速器各地方試卷集合匯編(1)-資料下載頁
2025-04-05 05:10本頁面
【正文】 解得．（3）加速電場的頻率應(yīng)等于粒子在磁場中做圓周運動的頻率，即當(dāng)磁場感應(yīng)強度為Bm時，加速電場的頻率應(yīng)為粒子的動能當(dāng)fBm≤fm時，粒子的最大動能由Bm決定解得當(dāng)fBm≥fm時，粒子的最大動能由fm決定vm=2πfmR解得【點睛】此題是帶電粒子在復(fù)合場中運動與動能定理的靈活應(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．12．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，有力地推動了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展?；匦铀倨鞯脑砣鐖D，D1和D2是兩個中空的半徑為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，取粒子在磁場中運動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），它們在兩盒之間被電場加速，DD2置于與盒面垂直的磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中。若輸出時質(zhì)子束的等效電流為I.（忽略質(zhì)子在電場中的加速時間及質(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動的周期及質(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)子相同的最大動能，請分析此時磁感應(yīng)強度應(yīng)該如何變化，并寫出計算過程。 【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)強度需增大為原來的倍13．正電子發(fā)射計算機斷層（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，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為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)入加速電場時的初速度忽略不計，加速正電子時電壓U的大小保持不變，不考慮正電子在電場內(nèi)運動的過程中受磁場的影響，不計重力。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，在磁場中做圓周運動的半徑r；（3）若希望增加正電子離開加速器時的最大速度，請?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)強度B，同時相應(yīng)調(diào)整加速電壓變化周期；方案二：增加金屬盒的半徑。14．一個質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器A下方的小孔S1飄入電勢差為U的加速電場，其初速度幾乎為0，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中，最后打到照相底片D上（1）求粒子進(jìn)入磁場時的速率．（2）求粒子照相底片D點到S3的距離【答案】（1）；（2）【解析】（1）粒子飄入電勢差為U的加速電場，有得粒子進(jìn)入磁場時的速率（2）粒子進(jìn)入磁場做勻速圓周運動，洛倫茲力提供向心力，有：，粒子照相底片D點到S3的距離2R=．15．有一回旋加速器，107Hz， m，求加速氘核時所需的磁感應(yīng)強度為多大？氘核所能達(dá)到的最大動能為多少？(10－27kg，10－19C)【答案】 T 10－12J【解析】氘核在磁場中做圓周運動，由洛倫茲力提供向心力，據(jù)牛頓第二定律而且：，解得圓周運動的周期；要使氘核每次經(jīng)過電場均被加速，則其在磁場中做圓周運動的周期等于交變電壓的周期即，所以設(shè)氘核的最大速度為v，對應(yīng)的圓周運動的半徑恰好等于D形盒的半徑，所以故氘核所能達(dá)到的最大動能：．點睛：本題考查帶電粒子在磁場中的偏轉(zhuǎn)問題，要注意掌握帶電粒子充當(dāng)向心力的應(yīng)用，并知道加速的最大動能與電壓無關(guān)，取決于加速器的半徑．
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