某回旋加速器的核心构件如图所示。形盒的半径为,所加匀强磁场的磁感应强度大小为。在两形盒之间接上交变电压,被加速的粒子为质子,其质量为、电荷量为。质子从形盒中央由静止开始,每转半圈被加速一次,加速电压恒为,经若干次加速后,质子从形盒边缘被引出。忽略质子的加速时间,不考虑相对论效应和重力作用。求:
(1)高频交变电压的频率﹔
(2)质子获得的最大动能;
(3)质子在回旋加速器中运动的总时间。
(1)高频交变电压的频率﹔
(2)质子获得的最大动能;
(3)质子在回旋加速器中运动的总时间。
更新时间:2022-01-29 10:42:12
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【推荐1】通过带电粒子在加速器中的运动情况讨论:
(1)回旋加速器所加的电场和磁场各起什么作用?
(2)带电粒子在D形盒内做圆周运动的周期随半径的增大是否发生变化?为什么?
(3)为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速,使之能量不断提高,所加交变电压的周期应该满足什么样的条件?
(4)粒子从离子源发出,在缝隙中第一次被加速,以速率进入磁场,在磁场作用下做圆周运动的半径是多少?经过多长时间回到缝隙?
(5)粒子每次经过D形盒狭缝时,电场力做功多少一样吗?
(6)以此类推,当粒子做圆周运动的半径等于多大时,速度达到最大,便通过特殊装置引出,最终获得的动能与交变电压大小有无关系?
(1)回旋加速器所加的电场和磁场各起什么作用?
(2)带电粒子在D形盒内做圆周运动的周期随半径的增大是否发生变化?为什么?
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(4)粒子从离子源发出,在缝隙中第一次被加速,以速率进入磁场,在磁场作用下做圆周运动的半径是多少?经过多长时间回到缝隙?
(5)粒子每次经过D形盒狭缝时,电场力做功多少一样吗?
(6)以此类推,当粒子做圆周运动的半径等于多大时,速度达到最大,便通过特殊装置引出,最终获得的动能与交变电压大小有无关系?
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【推荐2】1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器,目前在核科学、核技术、核医学等高新技术领域都得到了广泛应用。其工作原理如图甲所示,图乙为俯视图。和是两个中空的半径为的半圆金属盒,它们接在电压一定、频率为的交流电源上,位于圆心处的粒子源A能不断产生带电粒子(初速度可以忽略,重力不计),它们在两盒之间被电场加速,、置于与盒面垂直的磁感应强度为的匀强磁场中,忽略粒子在电场中运动的时间及相互作用,且最大速度远小于光速,求:
(1)粒子的比荷;
(2)粒子获得的最大速度。
(1)粒子的比荷;
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【推荐3】1932年,劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q,在加速器中被加速,加速电压为U。不计重力作用。求:
(1)第一次加速后,粒子的速度大小v1;
(2)粒子能达到的最大动能Ekm;
(3)实际使用中发现,加速过程中存在相对论效应:随着粒子速度增大,粒子的质量也增大,粒子绕行周期变长。从而使粒子逐渐偏离了交变电场的加速状态。针对这个问题,请你提出一点改进措施。
(1)第一次加速后,粒子的速度大小v1;
(2)粒子能达到的最大动能Ekm;
(3)实际使用中发现,加速过程中存在相对论效应:随着粒子速度增大,粒子的质量也增大,粒子绕行周期变长。从而使粒子逐渐偏离了交变电场的加速状态。针对这个问题,请你提出一点改进措施。
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【推荐1】如图所示,已知回旋加速器D形盒内的匀强磁场磁感应强度为B,盒的半径为R,粒子在盒间加速时的电压为u。质量为m、电荷量为q的粒子从间隙中心附近M极的某点以近似为零的初速度在加速器中被加速。求:
(1)D形盒间交变电压的周期;
(2)粒子在D形盒内获得的最大动能;
(3)粒子在D形盒内运行的总时间。(不计在电场中运动的时间)
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(2)粒子在D形盒内获得的最大动能;
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【推荐2】图中关于磁场中的四种仪器的说法正确的是( )
A.甲图中要使粒子获得的最大动能增大,可以增大交变电流的电压 |
B.乙图中不改变质谱仪各区域的电场、磁场时击中光屏同一位置的粒子比荷不同 |
C.丙图是载流子为负电荷的霍尔元件,通上如图所示电流和加上如图磁场时N侧电势高于M侧 |
D.丁图长宽高分别为a、b、c的电磁流量计加上如图所示磁场,若流量Q恒定,则前后两个金属侧面的电压与a、b均无关 |
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【推荐1】回旋加速器的工作原理如图甲所示,置于真空中的D形金属盒半径为R,两盒间狭缝的间距为d,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,被加速粒子的质量为m,电荷量为+q,加在狭缝间的交变电压如图乙所示,电压值的大小为U0,周期。一束该粒子在时间内从A处均匀地飘入狭缝,其初速度视为零。现考虑粒子在狭缝中的运动时间,假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动,不考虑粒子间的相互作用。求:
(1)出射粒子的动能Ek;
(2)粒子从飘入狭缝至动能达到Ek所需的总时间t0。
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(2)粒子从飘入狭缝至动能达到Ek所需的总时间t0。
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【推荐2】回旋加速器的工作原理如图所示.置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝为d,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,A处粒子源产生的粒子的质量为m、电量为+q,在加速器中被加速,加速电压为U.加速过程中不考虑相对论效应和重力作用.求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t.
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【推荐3】 回旋加速器是加速带电粒子的装置,其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒,两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场,使粒子在通过狭缝时都能得到加速,两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场,D形盒中央为质子流,D形盒的交流电压为U,静止质子经电场加速后,进入D形盒,其最大轨道半径为R,磁场的磁感应强度为B,质子质量为m,电荷量为q,求:
(1)交流电源的频率是多少?
(2)质子经回旋加速器最后得到的最大动能多大;
(3)质子在D型盒内运动的总时间t(狭缝宽度远小于R,质子在狭缝中运动时间不计)
(1)交流电源的频率是多少?
(2)质子经回旋加速器最后得到的最大动能多大;
(3)质子在D型盒内运动的总时间t(狭缝宽度远小于R,质子在狭缝中运动时间不计)
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