高中 | 回旋加速器 题目答案及解析

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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}$$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

"]
[["AC"]]

$\rm CD$.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$T=\dfrac{2\pi R}{v}=\dfrac{2\pi m}{qB}$

$\rm B$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$\dfrac{r_{n-1}}{r_{n}}=\dfrac{\sqrt{n-1}}{\sqrt{n}}$

$\rm A$正确。

故选:$\rm AC$

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年,国产“质子治疗超导回旋加速器”在原子能院完成设备安装和测试。回旋加速器的原理如图所示,和是两个半径为的半圆型金属盒,接在电压为、周期为的交流电源上,位于圆心处的质子源能不断产生质子(初速度可以忽略),质子在两盒之间被电场加速,、置于与盒而垂直的磁感应强度为的匀强磁场中。已知质子的电荷量为、质量为,忽略质子在电场中运动的时间,不考虑加速过程中的相对论效应,不计质子重力。下列说法正确的是 磁场中的四种仪器如图所示,则下列说法中正确的是 回旋加速器工作原理示意图如图所示,磁感应强度为的匀强磁场与盒面垂直,两盒间的狭缝很小,粒子穿过的时间可忽略,它们接在电压为、频率为的交流电源上;若处粒子源产生的氘核()能在加速器中被加速到出加速器,下列说法中正确的是 回旋加速器的主要结构如图所示,两个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、,、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,磁场的磁感应强度大小为,形金属盒的半径为,狭缝之间的加速距离为。不计粒子受到的重力,则 科学技术是第一生产力,现代科技发展与物理学息息相关,下列关于磁场与现代科技的说法正确的是 如图为回旋加速器工作原理示意图,置于真空中的形盒之间的狭缝很小,带电粒子穿过狭缝的时间可忽略。匀强磁场与盒面垂直,粒子在磁场中运动周期为,两形盒间的狭缝中的交变电压周期为,若不考虑相对论效应和粒子重力的影响,则
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