如图,甲图是回旋加速器的原理示意图。其核心部分是两个D型金属盒,在加速带电粒子时,两金属盒置于匀强磁场中(磁感应强度大小恒定),并分别与高频电源相连。加速时某带

如图,甲图是回旋加速器的原理示意图。其核心部分是两个D型金属盒,在加速带电粒子时,两金属盒置于匀强磁场中(磁感应强度大小恒定),并分别与高频电源相连。加速时某带

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如图,甲图是回旋加速器的原理示意图。其核心部分是两个D型金属盒,在加速带电粒子时,两金属盒置于匀强磁场中(磁感应强度大小恒定),并分别与高频电源相连。加速时某带电粒子的动能EK随时间t变化规律如乙图所示,若忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列判断正确的是 (     ) 
A.高频电源的变化周期应该等于tn-tn-2
B.在EK-t图象中t4-t3=t3-t2=t2-t1
C.粒子加速次数越多,粒子获得的最大动能一定越大
D.不同粒子获得的最大动能都相同

答案
AB
解析

试题分析:由回旋加速器原理知,高频电源的变化周期等于粒子在回旋加速器中周期,带点粒子在高频电源变化的一个周期中加速两次,由EK-t图知,动能改变两次周期为tn-tn-2,故A正确;(t4-t3)、(t3-t2)、(t2-t1)为粒子转动周期的一半,由公式T=知粒子周期不变,所以, t4-t3=t3-t2=t2-t1,B正确;设D型盒半径为R,动能最大粒子转动半径为R,由半径公式知R=,所以最大动能为EKm=,与加速次数无关,与粒子比荷有关,故C、D错误。
举一反三
(16分)1932年,劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示,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以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q ,在加速器中被加速,加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。

(1)求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比;
(2)求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t ;
(3)实际使用中,磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm,试讨论粒子能获得的最大动能E
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(14分)1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器,巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点,解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。某型号的回旋加速器的工作原理如图(甲)所示,图(乙)为俯视图。回旋加速器的核心部分为两个D形盒,分别为D1、D2。D形盒装在真空容器里,整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中,磁场可以认为是匀强磁场,且与D形盒底面垂直。两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。D形盒的半径为R,磁场的磁感应强度为B。设质子从粒子源A处进入加速电场的初速度不计。质子质量为m、电荷量为+q。加速器接入一定频率的高频交变电源,加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。
 
(1)求质子第1次经过狭缝被加速后进人D2盒时的速度大小v1
(2)求质子第1次经过狭缝被加速后进人D2盒后运动的轨道半径r1
(3)求质子从静止开始加速到出口处所需的时间t。
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1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如下图所示,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.离子从D形盒之间空隙的电场中获得能量
B.回旋加速器只能用来加速正离子
C.离子在磁场中做圆周运动的周期是加速交变电压周期的一半
D.离子在磁场中做圆周运动的周期与加速交变电压周期相等

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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A 1 A .S下方有磁感应强度为B 0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.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于,与粒子带何种电荷无关
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

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图中所示为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成:粒子源N;P、Q间的加速电场;静电分析器,即中心线半径为R的四分之一圆形通道,通道内有均匀辐射电场,方向沿径向指向圆心O,且与圆心O等距的各点电场强度大小相等;磁感应强度为B的有界匀强磁场,方向垂直纸面向外;胶片M。由粒子源发出的不同带电粒子,经加速电场加速后进入静电分析器,某些粒子能沿中心线通过静电分析器并经小孔S垂直磁场边界进入磁场,最终打到胶片上的某点。粒子从粒子源发出时的初速度不同,不计粒子所受重力。下列说法中正确的是
A.从小孔S进入磁场的粒子速度大小一定相等
B.从小孔S进入磁场的粒子动能一定相等
C.打到胶片上同一点的粒子速度大小一定相等
D.打到胶片上位置距离O点越远的粒子,比荷越大

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