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1 . 劳伦斯发明了回旋加速器，被加速的粒子在一圆形结构里运动，其运动轨迹由磁场控制，通过交变电场给带电粒子加速。图甲是回旋加速器的示意图，粒子出口处如图甲所示。图乙是回旋加速器所用的交变电压随时间的变化规律。某物理学习小组在学习了回旋加速器原理之后，想利用同一回旋加速器分别加速两种带正电的粒子，所带电荷量分别为
、
，质量分别为
、
。保持交变电压随时间变化的规律不变，需要调整所加磁场的磁感应强度大小，则下列说法错误的是（ ）
、，质量分别为、。保持交变电压随时间变化的规律不变，需要调整所加磁场的磁感应强度大小，则下列说法错误的是（ ）
A．所加磁场的磁感应强度大小之比为 |
| B．粒子获得的最大动能之比为 |
| C．粒子的加速次数之比为 |
| D．粒子在回旋加速器中的转动时间之比为 |
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2 . 氢的同位素
氢元素是宇宙中最简单的元素，有三种同位素。科学家利用电磁场操控并筛选这三种同位素，使其应用于核研究中。
1．原子核之间由于相互作用会产生新核，这一过程具有多种形式。
（1）质量较小的原子核结合成质量较大原子核的过程称为______
A．链式反应 B．衰变 C．核聚变 D．核裂变
（2）
核的质量为，
核的质量为，它们通过核反应形成一个质量为
的氮原子核
，此过程释放的能量为______ 。（真空中光速为c）
2．某回旋加速器的示意图如图所示。磁感应强度大小为B的匀强磁场仅分布于两个相同且正对的半圆形中空金属盒
，
内，且与金属盒表面垂直。交变电源通过Ⅰ，Ⅱ分别与，相连，仅在，缝隙间的狭窄区域产生交变电场。初动能为零的带电粒子自缝隙中靠近的圆心O处经缝隙间的电场加速后，以垂直磁场的速度进入。，运动过程中，洛伦兹力对粒子做功为W，冲量为I，则______ ；
A．
，
B．
， C．，
D．，
（2）核和
核自图中O处同时释放，Ⅰ，Ⅱ间电势差绝对值始终为U，电场方向做周期性变化，核在每次经过缝隙间时均被加速（假设粒子通过缝隙的时间和粒子间相互作用可忽略）。核完成3次加速时的动能与此时核的动能之比为______ 。
A．
B．
C．
D．
E．
3．如图，静电选择器由两块相互绝缘、半径很大的同心圆弧形电极组成。电极间所加电压为U。由于两电极间距d很小，可近似认为两电极半径均为
，且电极间的电场强度大小处处相等，方向沿径向垂直于电极。______ ；
（2）由核、核和核组成的粒子流从狭缝进入选择器，若不计粒子间相互作用，部分粒子在电场力作用下能沿圆弧路径从选择器出射。
①出射的粒子具有相同的______ ；
A．速度 B．动能 C．动量 D．比荷
②对上述①中的选择做出解释。（论证）_____
氢元素是宇宙中最简单的元素，有三种同位素。科学家利用电磁场操控并筛选这三种同位素，使其应用于核研究中。
1．原子核之间由于相互作用会产生新核，这一过程具有多种形式。
（1）质量较小的原子核结合成质量较大原子核的过程称为
A．链式反应 B．衰变 C．核聚变 D．核裂变
（2）
核的质量为，核的质量为，它们通过核反应形成一个质量为的氮原子核，此过程释放的能量为2．某回旋加速器的示意图如图所示。磁感应强度大小为B的匀强磁场仅分布于两个相同且正对的半圆形中空金属盒
，内，且与金属盒表面垂直。交变电源通过Ⅰ，Ⅱ分别与，相连，仅在，缝隙间的狭窄区域产生交变电场。初动能为零的带电粒子自缝隙中靠近的圆心O处经缝隙间的电场加速后，以垂直磁场的速度进入。
，运动过程中，洛伦兹力对粒子做功为W，冲量为I，则A．
， B．， C．， D．，（2）
核和核自图中O处同时释放，Ⅰ，Ⅱ间电势差绝对值始终为U，电场方向做周期性变化，核在每次经过缝隙间时均被加速（假设粒子通过缝隙的时间和粒子间相互作用可忽略）。核完成3次加速时的动能与此时核的动能之比为A．
B． C． D． E．3．如图，静电选择器由两块相互绝缘、半径很大的同心圆弧形电极组成。电极间所加电压为U。由于两电极间距d很小，可近似认为两电极半径均为
，且电极间的电场强度大小处处相等，方向沿径向垂直于电极。
（2）由
核、核和核组成的粒子流从狭缝进入选择器，若不计粒子间相互作用，部分粒子在电场力作用下能沿圆弧路径从选择器出射。①出射的粒子具有相同的
A．速度 B．动能 C．动量 D．比荷
②对上述①中的选择做出解释。（论证）
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3 . 回旋加速器两个D形金属盒和一高频交流电源两极相连，金属盒半径为R，电源电压大小为U，两盒间狭缝的间距为d，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，初速度为0，不考虑粒子在电场中的运动时间。则下列说法正确的是（ ）
A．所加高频交流电源的频率为 |
B．粒子第二次与第一次在磁场中做圆周运动的半径之比为 |
C．粒子从粒子源射出至动能达到最大所需的时间为 |
D．粒子从粒子源射出至离开回旋加速器在电场中走过的路程为 |
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4 . 回旋加速器是加速带电粒子的装置，如图所示其核心部件是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒（、），两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，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的匀强磁场中，D形盒的半径为R.质量为m、电荷量为e的质子从半盒的质子源（A点）由静止释放，质子在加速电压为U的电场中加速，加速到最大动能
后经粒子出口处射出，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T。若忽略质子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应，且不计质子重力，则下列说法正确的是（ ）
、），两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，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的匀强磁场中，D形盒的半径为R.质量为m、电荷量为e的质子从半盒的质子源（A点）由静止释放，质子在加速电压为U的电场中加速，加速到最大动能后经粒子出口处射出，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T。若忽略质子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应，且不计质子重力，则下列说法正确的是（ ）
| A．带电粒子在磁场中运动时，受到的洛伦兹力不做功，因此带电粒子从D形盒射出时的最大动能与磁场的强弱无关 |
B．用回旋加速器加速氘核 和氦核 的磁感应强度大小相等 |
C．盒内质子的轨道半径由小到大之比为 |
D．质子在磁场中运动的总时间为 |
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5 . 图甲是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并与高频电源相连。带电粒子从静止开始运动的速率v随时间t变化如图乙，已知tn时刻粒子恰射出回旋加速器，不考虑相对论效应、粒子所受的重力和穿过狭缝的时间，下列判断正确的是（ ）
| A．同一D形盒中粒子的相邻轨迹半径之差随时间变化减小 |
| B．v1:v2:v3=1:2:3 |
C．粒子在电场中的加速次数为 |
| D．t3－t2>t2－t1 |
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6 . 回旋加速器的主要结构如图所示，两个D形金属盒间接高频交流电源，且两金属盒置于与盒面垂直的匀强磁场中，两金属盒间的狭缝宽度很小。粒子源S位于金属盒的圆心处，粒子源射出的粒子的初速度可以忽略。现用回旋加速器分别加速两种不同的粒子a、b，a、b的质量之比为
，电荷量之比为
，已知狭缝间的加速电压大小恒为U，磁场的磁感应强度大小为B，D形金属盒的半径为R，狭缝之间的加速距离为d。不计粒子受到的重力，则（ ）
，电荷量之比为，已知狭缝间的加速电压大小恒为U，磁场的磁感应强度大小为B，D形金属盒的半径为R，狭缝之间的加速距离为d。不计粒子受到的重力，则（ ）
| A．要使粒子a、b每经过狭缝都被加速，交变电压的频率不相同 |
| B．粒子a、b所能达到的最大动能相等 |
C．粒子a、b在D形金属盒中运动第n个半圆的半径之比为 |
| D．粒子a、b在达到最大动能的过程中，通过狭缝的次数之比为 |
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7 . 如图所示为回旋加速器示意图，利用回旋加速器对氘核进行加速，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压为U，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出，忽略相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间，下列说法正确的是（ ）
| A．只增大加速电压U，氘核获得的最大动能增大 |
| B．只增大加速电压U，氘核在回旋加速器中加速次数减少 |
| C．保持B、U和T不变，该回旋加速器可以加速质子 |
| D．若要加速质子可只将磁感应强度大小调为原来的一半或只将D形盒缝隙间电场变化周期调为调为原来的2倍 |
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8 . 如图，回旋加速器两个D形金属盒分别与高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源A位于盒的圆心，两D形盒的半径为R，两盒间的狭缝很小。粒子源释放的粒子电荷量为q，质量为m，下列说法正确的是（ ）
A．所接交流电源的频率 |
B．粒子加速后获得的最大动能 |
C．若两盒间加速电压为U，则粒子从释放到离开出所需时间为 |
| D．若增大两盒间的加速电压，则粒子离开出口时的动能也增大 |
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9 . 如图所示，真空中有一回旋加速器水平放置，其两金属D形盒的半径为
，左盒接出一个水平向右的管道，管道右边紧连一垂直纸面向里、磁感应强度大小为
、半径为R的圆形匀强磁场，距离磁场右边界
处有一长度为
的荧光屏．两金属D型盒间距较小，加入一交流加速电压；垂直于两盒加入一个竖直向上的磁感应强度大小为
的匀强磁场．现在盒的中心处由静止释放一个比荷为
的电子，经过时间t电子便进入水平向右的管道．已知电子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同，电子的重力忽略不计，且加速电子时电压的大小可视为不变．则：
（1）进入圆形磁场的电子获得的速度为多大？
（2）此加速器的加速电压U为多大？
（3）如果电子不能打出荧光屏之外，那么与必须满足什么关系？
，左盒接出一个水平向右的管道，管道右边紧连一垂直纸面向里、磁感应强度大小为、半径为R的圆形匀强磁场，距离磁场右边界处有一长度为的荧光屏．两金属D型盒间距较小，加入一交流加速电压；垂直于两盒加入一个竖直向上的磁感应强度大小为的匀强磁场．现在盒的中心处由静止释放一个比荷为的电子，经过时间t电子便进入水平向右的管道．已知电子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同，电子的重力忽略不计，且加速电子时电压的大小可视为不变．则：（1）进入圆形磁场的电子获得的速度为多大？
（2）此加速器的加速电压U为多大？
（3）如果电子不能打出荧光屏之外，那么
与必须满足什么关系？
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10 . 劳伦斯和利文斯设计的回旋加速器工作原理如图所示，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忽略，磁感应强度大小为B的匀强磁场与盒面垂直，交流电源频率为f，加速电压为U。若A处粒子源产生的质子初速度可忽略不计，质子的质量为m、电荷量为
，在加速器中被加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响，下列说法错误的是（ ）
，在加速器中被加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响，下列说法错误的是（ ）
A．质子被加速后的最大速度不可能超过 |
| B．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比 |
| C．质子离开回旋加速器时的最大动能与交流电频率f成正比 |
| D．质子第1次和第2次经过两D形盒间狭缝后在磁场中做圆周运动的轨道半径之比为1∶2 |
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2024-04-11更新
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124次组卷
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2卷引用：山东省百师联盟2023-2024学年高二下学期大联考物理试题
