- 质谱仪
- 共880题
回旋加速器是加速带电粒子的装置,其核心部分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,如图所示.设D形盒半径为R.若用回旋加速器加速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交流电频率为f.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、回旋加速器粒子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等,带电粒子在匀强磁场中回旋频率等于f,故A错误.
B、根据qvmB=m,得vm=
,与加速的电压无关,然而一次加速,则有qU=
,因此质子被电场加速的次数与加速电压有关.故B正确.
C、当粒子从D形盒中出来时速度最大,vm==2πfR.故C正确.
D、根据T=,知质子换成α粒子,比荷发生变化,则在磁场中运动的周期发生变化,回旋加速器粒子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等,故需要改变磁感应强度或交流电的周期.故D错误.
故选:BC.
回旋加速器是加速带电粒子的装置,其核心部分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,如图所示.设D形盒半径为R.若用回旋加速器加速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交流电频率为f.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由T=得v=
=2πfr.当r=R时,v最大,此v=2πfR,故A错误;
B、由qvB=m得v=
,当r=R时,v最大,v=
,由此可知质子的最大速度只与粒子本身的荷质比,加速器半径,和磁场大小有关,故B正确;
C、考虑到狭义相对论,任何物体速度不可能超过光速,故C错误;
D、此加速器加速电场周期T=,加速α粒子时T=
=πmqB,两个周期不同,不能加速α粒子.故D错误;
故选:B
用如图所示的回旋加速器来加速质子,为了使质子获得的动能增加为原来的4倍,可采用下列哪几种方法( )
正确答案
解析
解:带电粒子从D形盒中射出时的动能 Ekm=mvm2 (1)
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,则圆周半径 R=(2)
由(1)(2)可得Ekm= 显然,当带电粒子q、m一定的,则Ekm∝R2 B2
即Ekm与磁场的磁感应强度B、D形金属盒的半径R的平方成正比,与加速电场的电压无关,故AC正确,BD错误;
故选:A、C.
一回旋加速器D形盒的半径为R,用来加速质量为m,电量为q的质子,使质子由静止加速到从D形盒边缘出口射出的能量为E.设两D形盒间的电压为U,质子每次加速获得的动能增量相同,那么,加速到能量为E时所需的时间为多少?
正确答案
解:射出时的能量E为射出时的动能即E=mv2
则有:v= ①
设磁感应强度为B,
由半径公式,R=
解得:B=②
质子转1周所需时间为 T= ③
质子转每周获得的能量为 2qU 所以质子转的圈数为 n= ④
总时间t=nT ⑤
联立可解得:
总时间t=;
答:加速到能量为E时所需的时间.
解析
解:射出时的能量E为射出时的动能即E=mv2
则有:v= ①
设磁感应强度为B,
由半径公式,R=
解得:B=②
质子转1周所需时间为 T= ③
质子转每周获得的能量为 2qU 所以质子转的圈数为 n= ④
总时间t=nT ⑤
联立可解得:
总时间t=;
答:加速到能量为E时所需的时间.
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,并分别与高频电源相连,带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示,若忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列判断中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据周期公式式T=m知,粒子的回旋的周期不变,与粒子的速度无关,所以t4-t3=t3-t2=t2-t1.故A正确.
B、交流电源的周期必须和粒子在磁场中运动的周期一致,故电源的变化周期应该等于2(tn-tn-1),故B错误;
CD、根据半径公式r=知,v=
,则粒子的最大动能Ek=
mv2=
,与加速的次数无关,与D形盒的半径以及磁感应强度有关.故C错误,D正确.
故选:AD.
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