回旋加速器在核技术、核医学等领域得到了广泛应用,其原理如图所示。D1和D2是两个中空的、半径为R的半圆金属盒,接在电压恒为U的交流电源上,位于D1圆心处的质子源A能产生质子(初速度可忽略,重力不计,不考虑相对论效应),质子在两盒狭缝间的电场中运动时被加速。D1、D2置于与盒面垂直的、磁感应强度大小为B的匀强磁场中。已知质子的质量为m,带电荷量为q。求:
(1)质子被回旋加速器加速能达到的最大速率vm;
(2)质子获得最大速度的过程中在回旋加速器中被加速的次数n。
(1)质子被回旋加速器加速能达到的最大速率vm;
(2)质子获得最大速度的过程中在回旋加速器中被加速的次数n。
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2023届北京市通州区2022-2023学年高二下学期期中质量检测物理试题(已下线)2019人教版课后习题 选择性必修2 第一章 4.质谱仪与回旋加速器变式题(已下线)猜想05 带电粒子在复合场中的运动(12大题型48题)【考题猜想】-2023-2024学年高二物理下学期期中考点大串讲(人教版)
更新时间:2023-04-29 13:14:15
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【知识点】 粒子在回旋加速器中的最大动能
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解答题
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适中
(0.65)
名校
【推荐1】回旋加速器是加速带电粒子的装置,如图甲所示。两D形盒分别在M端和P端跟高频交流电源(图中未画出)相连,便在两D形盒之间的狭缝中形成加速电场,使粒子每次穿过狭缝时都被加速。两D形盒放置在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于D形盒底面,粒子源置于圆心O处,粒子源射出的带电粒子质量为m、电荷量为q,最大回旋半径为R。不计粒子在两D形盒间加速电场内运动的时间,不计粒子离开粒子源时的初速度,忽略粒子所受重力以及粒子间相互作用。若M、P之间所加电压
随时间t的变化如图乙所示,每个周期内
和
持续时间相同,求:
(1)粒子离开加速器时的最大动能
;
(2)粒子在加速器中的加速次数N。
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(1)粒子离开加速器时的最大动能
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(2)粒子在加速器中的加速次数N。
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【推荐2】回旋加速器是获取高能粒子的重要工具,被广泛应用于科学研究和医学治疗中。回旋加速器的工作原理如图甲所示,真空中两个相同的半圆形区域
和
的圆心分别为
、
,两半圆形区域内分布着方向垂直纸面向里的匀强磁场。两区域间狭缝的宽度为
,在狭缝间施加如图乙所示的交变电压,电压值的大小为
。
时刻,在
点由静止释放质量为
、电荷量为
带电粒子,粒子经过狭缝的时间不能忽略,粒子在狭缝间的运动可视为匀变速直线运动,交变电压的变化周期
,匀强磁场感应强度的大小
,不计粒子重力及粒子的相对论效应,求
(1)粒子第一次在
区域内做匀速圆周运动的轨道半径;
(2)粒子从开始释放到第二次刚离开
区域所用的时间;
(3)若半圆形区域的直径足够大,粒子在磁场中运动的最大速度。
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(1)粒子第一次在
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(2)粒子从开始释放到第二次刚离开
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(3)若半圆形区域的直径足够大,粒子在磁场中运动的最大速度。
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【推荐3】回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,图为回旋加速器的示意图。
、
是两个中空的铝制半圆形金属扁盒,在两个D形盒正中间开有一条狭缝,两个
形盒在高频交流电源上。在
盒中心
处有粒子源,产生的带正电粒子在两盒之间被电场加速后进入
盒中。两个
形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动,经过半个圆周后,再次到达两盒间的狭缝,控制交流电源电压的周期,保证带电粒子经过狭缝时再次被加速。如此,粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝,一次一次地被回速,速度越来越大,运动半径也越来越大,最后到达
形盒的边缘,沿切线方向以最大速度被导出。已知带电粒子的电荷量为
,质量为
,加速时狭缝间电压大小恒为
,磁场的磁感应强度为
,
形盒的半径为
,狭缝之间的距离为
。设从粒子源产生的带电粒子的初速度为零,不计粒子受到的重力,求:
(1)带电粒子能被加速的最大动能
。
(2)带电粒子在
盒中第
个半圆的半径。
(3)若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为
,求从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率
。
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(1)带电粒子能被加速的最大动能
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(2)带电粒子在
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(3)若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为
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