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题型: 单选题
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单选题

如图所示,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形盒,两盒间构成一狭缝,两D形盒处于垂直于盒面的匀强磁场中.下列有关回旋加速器的描述正确的是(  )

A粒子由加速器的边缘进入加速器

B粒子由加速器的中心附近进入加速器

C粒子在狭缝和D形盒中运动时都能获得加速

D交流电源的周期必须等于粒子在D形盒中运动周期的2倍

正确答案

B

解析

解:A、由qvB=⇒v=.当r越大时,v越大.粒子由加速器中心附近进入加速器才可使粒子加速到最大,故A错误;

B、由A选项中的分析可知粒子由加速器的中心附近进入加速器,速度可加速到最大,故B正确;

C、狭缝中电场可加速粒子,在D形盒中运动时,由左手定则知,洛伦兹力总与速度方向垂直,不对粒子加速,故C错误;

D、交流电源周期必须等于粒子运动周期,才可以进行周期性的加速,故D错误;

故选B.

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题型: 多选题
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多选题

如图是质谱仪工作原理示意图.带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器.速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场.下列表述正确的是(  )

A质谱仪是分析同位素的重要工具

B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

C速度选择器只能一种电性,且速度等于的粒子

D带电量相同的粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的质量越大

正确答案

A,B

解析

解:A、粒子进入磁场后做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,

由牛顿第二定律得:qvB0=m,解得:=,知道粒子电量后,便可求出m的质量,所以质谱仪可以用来分析同位素,故A正确;

B、假设粒子带正电,则受电场力向左,由左手定则可判断磁场方向垂直直面向外,故B正确;

C、在速度选择器中做匀速直线运动的粒子能进入偏转磁场,

由平衡条件得:qvB=qE,粒子速度:v=,与带电粒子的电性无关,故C错误;

D、粒子在磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得:qvB0=m

解得:=,由此可知,r越小,荷质比越大;粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子圆周运动的半径越小荷质比越大,那么带电量相同的粒子,质量越小;故D错误;

故选:AB.

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题型:简答题
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简答题

回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,图20为回旋加速器的示意图.D1、D2是两个中空的铝制半圆形金属扁盒,在两个D形盒正中间开有一条狭缝,两个D形盒接在高频交流电源上.在D1盒中心A处有粒子源,产生的带正电粒子在两盒之间被电场加速后进入D2盒中.两个D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动,经过半个圆周后,再次到达两盒间的狭缝,控制交流电源电压的周期,保证带电粒子经过狭缝时再次被加速.如此,粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝,一次一次地被加速,速度越来越大,运动半径也越来越大,最后到达D形盒的边缘,沿切线方向以最大速度被导出.已知带电粒子的电荷量为q,质量为m,加速时狭缝间电压大小恒为U,磁场的磁感应强度为B,D形盒的半径为R,狭缝之间的距离为d.设从粒子源产生的带电粒子的初速度为零,不计粒子受到的重力,求:

(1)带电粒子能被加速的最大动能Ek和交变电压的频率f;

(2)带电粒子在D2盒中第1个半圆的半径和第n个半圆的半径;

(3)若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为I,求从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率P.

正确答案

解:(1)交变电压的周期与粒子在磁场中运动的周期相等,

    根据T= 得:交变电压的频率f==

   由      R= 

得粒子的最大动能Ek=mv2=

(2)根据动能定理得,2nqU=mv2

    解得v=

根据 qvB=得,R=  第一个圆的半径为

(3)带电粒子质量为m,电荷量为q,带电粒子离开加速器时速度大小为v,由牛顿第二定律知:qvB=m…①

带电粒子运动的回旋周期为:T==   ②

由回旋加速器工作原理可知,交变电源的频率与带电粒子回旋频率相同,由周期T与频率f的关系可得:f=…③

设在t时间内离开加速器的带电粒子数为N,则带电粒子束从回旋加速器输出时的平均功率P=N mv2…④

输出时带电粒子束的等效电流为:I=…⑤

由上述各式得==

答:(1)带电粒子能被加速的最大动能Ek为=则变电压的频率f为

(2)带电粒子在D2盒中第1个半圆的半径为和第n个半圆的半径为

(3)从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率P为

解析

解:(1)交变电压的周期与粒子在磁场中运动的周期相等,

    根据T= 得:交变电压的频率f==

   由      R= 

得粒子的最大动能Ek=mv2=

(2)根据动能定理得,2nqU=mv2

    解得v=

根据 qvB=得,R=  第一个圆的半径为

(3)带电粒子质量为m,电荷量为q,带电粒子离开加速器时速度大小为v,由牛顿第二定律知:qvB=m…①

带电粒子运动的回旋周期为:T==   ②

由回旋加速器工作原理可知,交变电源的频率与带电粒子回旋频率相同,由周期T与频率f的关系可得:f=…③

设在t时间内离开加速器的带电粒子数为N,则带电粒子束从回旋加速器输出时的平均功率P=N mv2…④

输出时带电粒子束的等效电流为:I=…⑤

由上述各式得==

答:(1)带电粒子能被加速的最大动能Ek为=则变电压的频率f为

(2)带电粒子在D2盒中第1个半圆的半径为和第n个半圆的半径为

(3)从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率P为

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题型: 多选题
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多选题

2015年08月21日,美国好奇号火星探测器传回大量火星照片以及相关探测数据,其中不少岩土数据是依托质谱仪进行的分析,该质谱仪模型如下图所示,一束未知粒子进入该质谱仪后的运动轨迹在图中已经标出,则(  )

A直线通过复合场区域的粒子具有相同的比荷

B直线通过复合场区域的粒子具有相同的速度

C在胶片上打的更远的粒子具有更大的速度

D在胶片上打的更远的粒子具有更小的比荷

正确答案

B,D

解析

解:AB、粒子能通过狭缝,电场力与洛伦兹力平衡,则有:qvB1=qE,解得v=.故A错误,B正确.

CD、粒子进入匀强磁场B2中受到洛伦兹力而做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得

qvB2=m,解得r=.可见,由于v是一定的,B不变,半径r越大,则比荷越小.故C错误,D正确.

故选:BD.

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题型: 单选题
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单选题

如图所示,回旋加速器D 形盒的半径为R,所加磁场的磁感应强度为B,被加速的质子从D 形盒中央由静止出发,经交变电场加速后射出.设质子在磁场中做匀速圆周运动的周期为T,若忽略质子在电场中的加速时间,则下列说法正确的是(  )

A如果只增大交变电压U,则质子在加速器中运行时间将变短

B如果只增大交变电压U,则电荷的最大动能会变大

C质子在电场中加速的次数越多,其最大动能越大

D高频交流电的周期应为

正确答案

A

解析

解:AC、根据qvB=m知出D形盒时的速度vm=,则粒子出D形盒时的动能:Ekm===nqU,如果只增大交变电压U,则质子在加速器中加速次数减少,因此质子的运行时间将变短,故A正确,但动能不会随次数的改变而改变,故C错误.

B、根据qvB=m知出D形盒时的速度vm=,则粒子出D形盒时的动能:Ekm==,与加速的电压无关.故B错误.

 D、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D错误.

故选:A.

下一知识点 : 回旋加速器
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