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高中 | 回旋加速器题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第三章 磁场
3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动
回旋加速器
回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用,其工作原理如图所示,$D_{1}$和$D_{2}$是两个中空的半圆形金属盒,置于与盒面垂直的匀强磁场中,将它们接在电压为$U$的高频交流电源上,一质量为$m$、电荷量为$q$的带电粒子从加速器的某处由静止开始加速。已知$D$形盒的半径为$R$,匀强磁场的磁感应强度为$B$,不计粒子的重力,忽略粒子在电场中的加速时间,不考虑相对论效应。下列说法正确的是$(\qquad)$
粒子第$n$次被加速前、后的轨道半径之比为$\\sqrt{n-1}:\\sqrt{n}$
","高频交流电源的周期为$\\dfrac{\\pi m}{Bq}$
","粒子的最大动能为$\\dfrac{q^{2}B^{2}R^{2}}{2m}$
","若只增大交变电压$U$,则粒子的最大动能$E_{k}$会增大
"]$\rm CD$.根据洛伦兹力提供向心力有$qvB=m\dfrac{v^{2}}{R}$
可得粒子的最大速度为$v=\dfrac{qBR}{m}$
则粒子的最大动能为$E_{\text{k}}=\dfrac{1}{2}mv^{2}=\dfrac{q^{2}B^{2}R^{2}}{2m}$
可知,粒子的最大动能与交变电压无关,故$\rm C$正确,$\rm D$错误;
$\rm B$.高频交流电源的周期等于粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期,即$T=\dfrac{2\pi R}{v}=\dfrac{2\pi m}{qB}$
故$\rm B$错误;
$\rm A$.根据动能定理可得粒子第$n$次被加速前有$(n-1)qU=\dfrac{1}{2}mv_{n-1}^{2}$
$r_{n-1}=\dfrac{mv_{n-1}}{qB}$
粒子第$n$次被加速后有$nqU=\dfrac{1}{2}mv_{n}^{2}$
$r_{n}=\dfrac{mv_{n}}{qB}$
所以$\dfrac{r_{n-1}}{r_{n}}=\dfrac{\sqrt{n-1}}{\sqrt{n}}$
故$\rm A$正确。
故选:$\rm AC$。
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