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高中 | 动能定理的理解与一般应用题目答案及解析如下,仅供参考!
必修2
第七章 机械能守恒定律
7.7 动能和动能定理
动能定理的理解与一般应用
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$1:4$,电荷量之比为$1:2$,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$(\qquad)$
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
","粒子$a$、$b$所能达到的最大动能相等
","粒子$a$、$b$在$D$形金属盒中运动第$n$个半圆的半径之比为$\\sqrt{2}:2$
","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$1:2$
"]$\rm A$.带电粒子在磁场中运动的周期与电场变化的周期相等,周期$T=\dfrac{2\pi m}{qB}$,与粒子的速度无关,交变电场的周期也为$T=\dfrac{2\pi m}{qB}$,频率为$f=\dfrac{1}{T}=\dfrac{qB}{2\pi m}$,因两粒子$a$、$b$比荷不相同,则交变电压的频率不相同,故$\rm A$正确;
$\rm B$.当粒子的半径到达$D$型盒的半径$R$时,速度最大,由公式$E_{\rm k}=\dfrac{1}{2}m{{v}^{2}}=\dfrac{{{B}^{2}}{{q}^{2}}{{R}^{2}}}{2m}$
可得,动能之比等于电荷量的平方之比与质量反比的积,所以所能达到的最大动能相等,故$\rm B$正确;
$\rm C$.带电粒子在$D$盒中第$n$个半圆,由动能定理和牛顿第二定律有
$nqU=\dfrac{1}{2}mv_{n}^{2}$,$q{{v}_{n}}B=\dfrac{mv_{n}^{2}}{{{r}_{n}}}$
得${{r}_{n}}=\dfrac{1}{B}\sqrt{\dfrac{2nmU}{q}}$
因两粒子$a$、$b$的质量之比为$1:4$,电荷量之比为$1:2$,所以第$n$个半圆的半径之比为$\sqrt{2}:2$,故$\rm C$正确;
$\rm D$.粒子每加速一次增加的动能为$qU$,粒子能达到的最大动能为
$nqU=E_{\rm k}=\dfrac{{{B}^{2}}{{q}^{2}}{{R}^{2}}}{2m}$
所以要加速的次速为$n=\dfrac{{{B}^{2}}q{{R}^{2}}}{2mU}$
所以在达到最大动能的过程中通过狭缝的次数之比为$2$:$1$,故$\rm D$错误。
故选:$\rm ABC$。
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