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题型: 单选题
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单选题

(2015秋•抚顺期末)回旋加速器的工作示意图如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可忽略,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,高频交变电流频率为f,加速电压为U,若A处粒子源产生的质子,质量为m,电荷量为+q,在加速器中被加速,且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响,则下列说法正确的是(  )

A质子从磁场获得能量

B质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比

C改变电压U,会影响质子在回旋加速器中运动的时间

D不改变磁感应强度B和交流电频率f该回旋加速器也能用α粒子(He核)的加速

正确答案

C

解析

解:A、质子在磁场中所受的洛伦兹力对质子不做功,不能改变质子的动能,所以质子不能从磁场中获得能量,

B、根据qvB=m,R是D形金属盒的半径,知质子获得的最大速度 v=,则最大动能EKm=mv2=,与加速的电压无关.故B错误.

C、根据质子圆周运动的周期公式T=,T与质子的速度大小无关,所以若只改变加速电压U,不会改变质子在回旋加速器中运行的周期,但加速次数变化,则运行时间也会变化.故C正确.

D、带电粒子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等,根据T=知,换用氚核,粒子的比荷变化,在磁场中运动的周期变化,而不改变磁感应强度B与交流电频率f,加速电场的周期不变,破坏了回旋加速器的工作条件,从而不能加速氚核.故D错误

故选:C

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题型: 单选题
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单选题

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示,这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是(  )

A离子每回旋一次的轨道半径变大,在磁场中回旋时间也不断变长

B为使离子能不断加速,两D形盒间所加的电场必须为匀强电场

C增加两个D形盒间所加的电压,则射出D形盒后离子所获得动能将变大

D当增加加速器所在的磁场后,粒子回旋的次数将增加,最后射出加速器后的速度也将变大

正确答案

D

解析

解:A、根据洛伦兹力提供向心力有:Bqv=m,r=,每回旋一次的轨道半径变大,周期T==,知周期与轨道半径和速度无关.故A错误.

BCD、设D形盒的半径为R,当离子圆周运动的半径等于R时,获得的动能最大,则由Bqv=m,v=,则最大动能Ekm=mv2=,可见,最大动能与加速电压无关,增加加速器所在的磁场后,粒子回旋的次数将增加,最后射出加速器后的速度也将变大,增大离子从回旋加速器中获得的最大动能.故C错误,D正确.

故选:D

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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使它获得很大动能的仪器,其核心部分是两个D形金属扁盒,两盒分别和一高频交流电源两极相接,以便在盒间的窄缝中形成匀强电场,使粒子每次穿过狭缝都得到加速,两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,离子源置于盒的圆心附近,若离子源射出的粒子电荷量为q,质量为m,粒子最大回旋半径为Rmax,其运动轨迹如图所示,问:

(1)盒内有无电场?

(2)粒子在盒内做何种运动?

(3)粒子离开加速器时速度为多大,最大动能为多少?

正确答案

解:(1)加速器由D形盒盒间缝隙组成,盒间缝隙对粒子加速有有电场,D形盒起到让粒子旋转再次通过盒间缝隙进行加速,

    要做匀速圆周运动,没有电场.  则有电场只存在于两盒之间,而盒内无电场

    (2)粒子在磁场中只受洛伦兹力作用,洛伦兹力始终与速度垂直,粒子做匀速圆周运动

    (3)粒子速度增加则半径增加,当轨道半径达到最大半径时速度最大

                 由R=   得Vmax=

    则其最大动能为:Ekmax=mv2max=

答:(1)盒内无电场.

    (2)粒子在磁场中做匀速圆周运动

    (3)最大速度为Vmax=,最大动能为:Ekmax=mv2max=

解析

解:(1)加速器由D形盒盒间缝隙组成,盒间缝隙对粒子加速有有电场,D形盒起到让粒子旋转再次通过盒间缝隙进行加速,

    要做匀速圆周运动,没有电场.  则有电场只存在于两盒之间,而盒内无电场

    (2)粒子在磁场中只受洛伦兹力作用,洛伦兹力始终与速度垂直,粒子做匀速圆周运动

    (3)粒子速度增加则半径增加,当轨道半径达到最大半径时速度最大

                 由R=   得Vmax=

    则其最大动能为:Ekmax=mv2max=

答:(1)盒内无电场.

    (2)粒子在磁场中做匀速圆周运动

    (3)最大速度为Vmax=,最大动能为:Ekmax=mv2max=

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题型: 多选题
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多选题

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,D形盒半径为R..用该回旋加速器加速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交流电周期为T.(粒子通过狭缝的时间忽略不计)则(  )

A质子在D形盒中做匀速圆周运动的周期为T

B质子被加速后的最大速度可能超过

C质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关

D不改变B和T,该回旋加速器也能用于加速α粒子

正确答案

A,C

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.故A正确.

    B、当粒子从D形盒中出来时速度最大,vm=.故B错误.

    C、根据,得,与加速的电压无关.故C正确.

    D、根据,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AC.

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题型: 单选题
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单选题

回旋加速器是加速带电粒子的装置,要增大带电粒子射出时的动能,下列说法正确的是(  )

A减小狭缝间的距离,其他保持不变

B增大磁场的磁感应强度,其他保持不变

C减小D形金属盒的半径,其他保持不变

D增大匀强电场间的加速电压,其他保持不变

正确答案

B

解析

解:A、由qvB=m,解得v=

则动能EK=mv2=,知动能与加速的电压无关,狭缝间的距离无关,与磁感应强度大小和D形盒的半径有关,增大磁感应强度和D形盒的半径,可以增加粒子的动能.故B正确,ACD错误.

故选:B.

下一知识点 : 回旋加速器
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