回旋加速器是加速带电粒子的装置,其主体部分是两个D形金属盒,两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中,与高频交流电源相连接后,使粒子每次经过两盒间的狭缝时都能得到加速

回旋加速器是加速带电粒子的装置,其主体部分是两个D形金属盒,两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中,与高频交流电源相连接后,使粒子每次经过两盒间的狭缝时都能得到加速

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回旋加速器是加速带电粒子的装置,其主体部分是两个D形金属盒,两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中,与高频交流电源相连接后,使粒子每次经过两盒间的狭缝时都能得到加速,如图所示。现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能,下列方法可行的是
A.仅减小磁场的磁感应强度
B.仅减小狭缝间的距离
C.仅增大高频交流电压
D.仅增大金属盒的半径

答案
D
解析

试题分析:要使带电粒子从回旋加速器射出时的动能增大,及射出时的速度增大,粒子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力 ,所以,可见要增大速度,需增大磁场的磁感应强度,增大金属盒的半径,D正确,ABC错误。
举一反三
回旋加速器主体部分是两个D形金属盒。两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中,并分别与高频交流电源两极相连接,从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速,如图所示。在粒子质量不变和D形盒外径R固定的情况下,下列说法正确的是(     )
A.粒子每次在磁场中偏转的时间随着加速次数的增加而增大
B.粒子在电场中加速时每次获得的能量相同
C.增大高频交流的电压,则可以增大粒子最后偏转出D形盒时的动能
D.将磁感应强度B减小,则可以增大粒子最后偏转出D形盒时的动能

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右图甲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),并分别与高频电相连。加速时某带电粒子的动能EK随时间t变化规律如下图乙所示,若忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列判断正确的是(    )
A.高频电的变化周期应该等于tn-tn-1
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等

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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

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(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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