1 . 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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名校
2 . 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( )
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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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2024-06-04更新
|
407次组卷
|
2卷引用:湖南省长沙市第一中学、长沙市一中城南中学等多校2023-2024学年高二下学期期中考试物理试题
3 . 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( )
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/6795cae2df43a722e1355e9562d93c09.png)
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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![]() ![]() |
C.![]() ![]() |
D.质子在磁场中运动的总时间为![]() |
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真题
4 . 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.
,![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/60616349fa5f45f4fef4e725c5c1f0e7.png)
(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.![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/84783b6ba0f36789519816101a437f46.png)
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)
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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
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A.
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(2)
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e61fd15d871895d43e9d9ec6d4cf13d7.png)
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A.
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/cf1c295fd10f4dcc21955ce39560b5c6.png)
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/84783b6ba0f36789519816101a437f46.png)
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
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/2089764e5cfd77a8ad384a759ccb956f.png)
(2)由
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f032586eec2b4b3a55ab6f0b860aad64.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a471268774eb647cd7c9530161a87b80.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e61fd15d871895d43e9d9ec6d4cf13d7.png)
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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5 . 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,置于真空中的两个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的匀强磁场方向与盒面垂直。两D形盒之间所加上题一样的交流电压,质量为m、电荷量为q的粒子从D形盒一侧圆心处静止开始被加速,经若干次加速后粒子从D形盒边缘射出。粒子被加速5次后做圆周运动的半径![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f5c8eb54bacb7d21309645ab44997acb.png)
______ ;粒子从开始被加速到离开D形盒所需要的时间![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/825116eb345f5505ebc8c1cdb8a1f131.png)
______ 。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f5c8eb54bacb7d21309645ab44997acb.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/825116eb345f5505ebc8c1cdb8a1f131.png)
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6 . 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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7 . 回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用,有力地推动了现代科学技术的发展。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。A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为
,在加速器中被加速,设粒子初速度为零,加速电压为U,加速过程中不考虑重力作用和相对论效应。下列说法正确的是( )
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/56b2087eadbbd0dab72b7483b9181585.png)
A.粒子在回旋加速器中运动时,随轨道半径r的增大,盒中相邻轨道的半径之差减小 |
B.粒子从静止开始加速到出口处所需的时间约为![]() |
C.粒子能获得的最大动能![]() |
D.加速电压越大粒子能获得的最大动能![]() |
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8 . 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,
和
是两个中空的、半径为
的半圆金属盒,位于
圆心
处的质子源能产生质子(初速度可忽略,重力不计,不考虑粒子间相互作用和相对论效应),质子在两盒狭缝间的电场中运动时被加速,
、
置于与盒面垂直的、磁感应强度大小为
的匀强磁场中,最后恰好从盒边缘的小窗口P处射出,已知质子的质量为
,带电量为
;加速电压
随时间的变化关系图像如图所示,其中
、
未知,不计质子在电场中的加速时间。
(1)质子被回旋加速器加速能达到的最大速率
;
(2)实际中磁感应强度的大小会在
到
之间出现波动,若在
时刻质子第一次开始被加速,要实现连续
次加速(此时质子运动的半径仍小于
),求
的最大值。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/cfbfcadabb15d3f2118031e4c3b5f7ca.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7f0208661dd5e9513964a49502b53ffc.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/4aa0df7f1e45f9de29e802c7f19a4f64.png)
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1dde8112e8eb968fd042418dd632759e.png)
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7f0208661dd5e9513964a49502b53ffc.png)
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/294f5ba74cdf695fc9a8a8e52f421328.png)
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ad481cbfb67ac9cdbc0537f3de23b022.png)
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(1)质子被回旋加速器加速能达到的最大速率
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d23d96b9e0d40658127563525193bde4.png)
(2)实际中磁感应强度的大小会在
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![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/5303749d0b0feba6dfb3450669c613a7.png)
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9 . 如图所示,回旋加速器两个D形金属盒分别和一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,粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子(初速度不计)电荷量为q,质量为m,粒子最大回旋半径为R,加速电压为U,下列说法中正确的是( )
A.所加交流电源的周期为![]() |
B.一个周期内粒子加速一次 |
C.粒子加速后获得的最大动能为![]() |
D.粒子获得的最大动能与加速的次数有关 |
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10 . 如图所示,回旋加速器
、
两个半圆盒半径为R,间距为d,两盒间接电压为U的交流电源。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生质量为m、电荷量为q的带电粒子,在两盒间被电场加速,不考虑相对论效应的影响。下列选项正确的是( )
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7495669c152cc1342a84381d92bb31f3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/fc96ca51a6bd4975628dcbe1b1112ca3.png)
A.粒子在磁场中获得能量 |
B.粒子的最大速度与加速电压无关 |
C.![]() ![]() |
D.粒子在电场中加速的总时间为![]() |
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2024-04-27更新
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19次组卷
|
2卷引用:安徽省卓越县中联盟2023-2024学年高二下学期4月期中考试物理试题