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题型: 单选题
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单选题

如图所示为一种获得高能粒子的装置,环形区域内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小可调的均匀磁场(环形区域的宽度非常小).质量为m、电荷量为+q的粒子可在环中做半径为R的圆周运动.A、B为两块中心开有小孔的距离很近的极板,原来电势均为零,每当带电粒子经过A板准备进入AB之间时,A板电势升高为+U,B板电势仍保持为零,粒子在两板间的电场中得到加速.每当粒子离开B板时,A板电势又降为零.粒子在电场中一次次加速下动能不断增大,而在环形磁场中绕行半径R不变.(设极板间距远小于R) 下列说法正确的是(  )

A粒子从A板小孔处由静止开始在电场力作用下加速,绕行n圈后回到A板时获得的总动能为2nqU

B粒子在绕行的整个过程中,每一圈的运动时间不变

C为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动,磁场的磁感应强度大小必须周期性递减

D粒子绕行第n圈时的磁感应强度为

正确答案

D

解析

解:A、粒子在电场中加速,根据动能定理,有En=nqU,故A错误;

B、粒子始终保持做半径为的匀速圆周运动,T=2π,显然因粒子能量不同,其速度也不同,则周期不可能不变,故B错误;

C、根据运动轨迹的半径公式,R=,为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动,因速度增大,则磁场的磁感应强度大小必须周期性递增,故C错误;

D、由动能定理知 nqU=mv;得到vn=

由牛顿第二定律,则有:m=qvnBn

解得:Bn=,以vn结果代入,得B=,故D正确;

故选:D.

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题型: 多选题
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多选题

有关回旋回速器的说法中,正确的是(  )

A电场和磁场同时用来加速带电粒子

B只有电场用来加速带电粒子

C带电粒子不断被加速过程中,交变电源的频率也要不断增加

D接入的交变电源不变,回旋回速器的半径越大,则同一带电粒子获得的动能也越大

正确答案

B,D

解析

解:A、洛伦兹力对粒子不做功,只有电场力对粒子做功,故A错误,B正确.

C、粒子在磁场中运动的周期与粒子的速度无关,在磁场中运动的时间不变,所以每次粒子经过交变电压必须加速,因此交变电源的频率也要不变.故C错误.

D、根据qvB=m,则最大速度v=,与B与R有关,随B、R的增大而增大,所以交变电源固定的前提下,同一带电粒子获得的动能也越大.故D正确.

故选:BD.

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题型: 多选题
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多选题

(2015秋•淮安校级月考)如图所示为质谱仪工作原理图,三个带电粒子各自沿直线通过左侧正交的匀强电场和匀强磁场区后,进入右侧匀强磁场中做半个圆周运动,其轨迹如图,对这三个粒子,以下判断正确的是(  )

A它们的速率一定相等

B它们的速率一定不等

C它们的比荷可能相等

D它们的比荷一定不等

正确答案

A,D

解析

解:A、3束离子在复合场中运动情况相同,即沿水平方向直线通过故有qE=qvB,所以v=,故三束离子的速率一定相同.故A正确,B错误.

C、3束离子在磁场中有:qvB=m,故有:r==×,由于三束离子的在磁场中圆周运动的轨道半径不同,故比荷一定不相同,故C错误,D正确.

故选:AD.

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题型:简答题
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简答题

如图所示为质谱仪的示意图.速度选择器部分的匀强电场场强E,匀强磁场的磁感应强度为B1;偏转分离器的磁感应强度为B2.一质量为m,电荷量为+q的带电微粒进入速度选择器.不计带电微粒的重力.求:

(1)能通过速度选择器的粒子速度有多大?

(2)微粒进入偏转分离器后,在磁场中运动的半径为多大?

正确答案

解:(1)在速度选择器中,假设粒子带正电,电场力向右,电场力与洛伦兹力必须平衡,粒子才能通过选择器,所以qE=qvB1

解得:v=

(2)粒子垂直磁场边界进入匀强磁场,做圆周运动,轨迹为一个半圆.进入磁场B2的粒子由洛伦兹力提供向心力,应满足:qvB2=m

得:R==

答:(1)能通过速度选择器的粒子速度为

(2)微粒进入偏转分离器后,在磁场中运动的半径为

解析

解:(1)在速度选择器中,假设粒子带正电,电场力向右,电场力与洛伦兹力必须平衡,粒子才能通过选择器,所以qE=qvB1

解得:v=

(2)粒子垂直磁场边界进入匀强磁场,做圆周运动,轨迹为一个半圆.进入磁场B2的粒子由洛伦兹力提供向心力,应满足:qvB2=m

得:R==

答:(1)能通过速度选择器的粒子速度为

(2)微粒进入偏转分离器后,在磁场中运动的半径为

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题型: 多选题
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多选题

某同学设计了一利用涡旋电场加速带电粒子的装置,基本原理如图甲所示,上,下为电磁铁的两个磁极,磁极之间有一个环形真空室,带电粒子在真空室内做圆周运动,电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化,产生的感生电场使粒子加速,图甲上部分为侧视图,下部分为俯视图,若粒子质量为m,电荷量为q,初速度为零,圆形轨道的半径为R,穿过粒子圆形轨道面积的磁通量Φ随时间t的变化关系如图乙所示,在t0时刻后,粒子轨道处的磁感应强度为B,粒子加速过程中忽略相对论效应,不计粒子的重力,下列说法正确的是(  )

A若被加速的粒子为电子,沿如图所示逆时针方向加速,则应在线圈中通以由a到b的电流

B若被加速的粒子为正电子,沿如图所示逆时针方向加速,则应在线圈中通以由a到b的电流

C在t0时刻后,粒子运动的速度大小为

D在t0时刻前,粒子每加速一周增加的动能为

正确答案

A,C,D

解析

解:A、若被加速的粒子为电子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,结合左手定则判断磁场的方向向上,再由电磁感应定律求出电流由a到b,故A正确

B、若被加速的粒子为正电子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,结合左手定则判断磁场的方向向下,再由电磁感应定律求出电流由b到a,故B错误

C、在t0 时刻后,电子轨道处的磁感应强度为B0,粒子在磁场中作匀速圆周运动,受到洛伦兹力等于向心力 qvB0=

v=,故C正确

D、感生电场的感应电动势E=

粒子加速运动一圈获得的能量为W=qE=故D正确

故选:ACD

下一知识点 : 回旋加速器
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