(20分)同步加速器在粒子物理研究中有重要的应用,其基本原理简化为如图所示的模型。M、N为两块中心开有小孔的平行金属板。质量为m、电荷量为+q的粒子A(不计重力)从M板小孔飘入板间,初速度可视为零,每当A进入板间,两板的电势差变为U,粒子得到加速,当A离开N板时,两板的电荷量均立即变为零。两板外部存在垂直纸面向里的匀强磁场,A在磁场作用下做半径为R的圆周运动,R远大于板间距离,A经电场多次加速,动能不断增大,为使R保持不变,磁场必须相应地变化。不计粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射,不考虑磁场变化对粒子速度的影响及相对论效应。求
(1)A运动第1周时磁场的磁感应强度B1的大小;
(2)在A运动第n周的时间内电场力做功的平均功率;
(3)若有一个质量也为m、电荷量为+kq(k为大于1的整数)的粒子B(不计重力)与A同时从M板小孔飘入板间,A、B初速度均可视为零,不计两者间的相互作用,除此之外,其他条件均不变,下图中虚线、实线分别表示A、B的运动轨迹。在B的轨迹半径远大于板间距离的前提下,请指出哪个图能定性地反映A、B的运动轨迹,并经推导说明理由。
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(20分)同步加速器在粒子物理研究中有重要的应用,其基本原理简化为如图所示的模型。M、N为两块中心开有小孔的平行金属板。质量为m、电荷量为+q的粒子A(不计重力)从M板小孔飘入板间,初速度可视为零,每当A进入板间,两板的电势差变为U,粒子得到加速,当A离开N板时,两板的电荷量均立即变为零。两板外部存在垂直纸面向里的匀强磁场,A在磁场作用下做半径为R的圆周运动,R远大于板间距离,A经电场多次加速,动能不断增大,为使R保持不变,磁场必须相应地变化。不计粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射,不考虑磁场变化对粒子速度的影响及相对论效应。求
(1)A运动第1周时磁场的磁感应强度B1的大小;
(2)在A运动第n周的时间内电场力做功的平均功率;
(3)若有一个质量也为m、电荷量为+kq(k为大于1的整数)的粒子B(不计重力)与A同时从M板小孔飘入板间,A、B初速度均可视为零,不计两者间的相互作用,除此之外,其他条件均不变,下图中虚线、实线分别表示A、B的运动轨迹。在B的轨迹半径远大于板间距离的前提下,请指出哪个图能定性地反映A、B的运动轨迹,并经推导说明理由。
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(20分)同步加速器在粒子物理研究中有重要的应用,其基本原理简化为如图所示的模型。M、N为两块中心开有小孔的平行金属板。质量为m、电荷量为+q的粒子A(不计重力)从M板小孔飘入板间,初速度可视为零,每当A进入板间,两板的电势差变为U,粒子得到加速,当A离开N板时,两板的电荷量均立即变为零。两板外部存在垂直纸面向里的匀强磁场,A在磁场作用下做半径为R的圆周运动,R远大于板间距离,A经电场多次加速,动能不断增大,为使R保持不变,磁场必须相应地变化。不计粒子加速时间及其做圆周运动产生的电磁辐射,不考虑磁场变化对粒子速度的影响及相对论效应。求
(1)A运动第1周时磁场的磁感应强度B1的大小;
(2)在A运动第n周的时间内电场力做功的平均功率;
(3)若有一个质量也为m、电荷量为+kq(k为大于1的整数)的粒子B(不计重力)与A同时从M板小孔飘入板间,A、B初速度均可视为零,不计两者间的相互作用,除此之外,其他条件均不变,下图中虚线、实线分别表示A、B的运动轨迹。在B的轨迹半径远大于板间距离的前提下,请指出哪个图能定性地反映A、B的运动轨迹,并经推导说明理由。
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在高能物理研究中,回旋加速器起着重要作用,其工作原理如图所示: 和是两个中空、半径固定的半圆金属盒,它们之间有一定的电势差,两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中;中央O处的粒子源产生的粒子,在两盒之间被电场加速, 粒子进入磁场后做匀速圆周运动。忽略粒子在电场中的加速时间,不考虑相对论效应,下列说法正确的是( )
A. 粒子在磁场中运动的周期越来越大
B. 粒子运动半个圆周之后,电场的方向不必改变
C. 磁感应强度越大, 粒子离开加速器时的动能就越大
D. 两盒间电势差越大, 粒子离开加速器时的动能就越大
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在高能物理研究中,回旋加速器起着重要作用,其工作原理如图所示,D1和D2是两个中空的半圆金属盒,它们之间有一定的电势差。两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。中央O处的粒子源产生的粒子,在两盒之间被电场加速,粒子进入磁场后做匀速圆周运动,忽略粒子在电场中的加速时间,不考虑相对论效应。下列说法正确的是
A. 粒子运动半个圆周之后,电场的方向必须改变
B. 粒子在磁场中运动的周期越来越大
C. 磁感应强度越大,粒子离开加速器时的动能就越大
D. 两盒间电势差越大,粒子离开加速器的动能就越大
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在高能物理研究中,回旋加速器起着重要作用,其工作原理如图所示,D1和D2是两个中空的半圆金属盒,它们之间有一定的电势差。两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。中央O处的粒子源产生的粒子,在两盒之间被电场加速,粒子进入磁场后做匀速圆周运动,忽略粒子在电场中的加速时间,不考虑相对论效应。下列说法正确的是
A. 粒子运动半个圆周之后,电场的方向必须改变
B. 粒子在磁场中运动的周期越来越大
C. 磁感应强度越大,粒子离开加速器时的动能就越大
D. 两盒间电势差越大,粒子离开加速器的动能就越大
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在高能物理研究中,回旋加速器起着重要作用,其工作原理如图所示。D1和D2是两个中空的半圆金属盒,它们之间有一定的电势差。两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。中央O处的粒子源产生的α粒子,在两盒之间被电场加速,α粒子进入磁场后做匀速圆周运动。忽略α粒子在电场中的加速时间。下列说法正确的是:
A. α粒子运动过程中电场的方向始终不变
B. α粒子在磁场中运动的周期越来越大
C. 磁感应强度越大,α粒子离开加速器时的动能就越大
D. 两盒间电势差越大,α粒子离开加速器时的动能就越大
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在高能物理研究中,粒子回旋加速器起着重要作用.回旋加速器的工作原理如题5图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直.S处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q,初速不计,在加速器中被加速,加速电压为U,磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R.两盒间的狭缝很小,每次加速的时间很短,可以忽略不计,加速过程中不考虑相对论效应和重力作用.下列说法正确的是
A.为使正离子每经过窄缝都被加速,交变电压的频率f=2πm/(qB)
B.粒子第H次与第1次在下半盒中运动的轨道半径之比为
C.若其它条件不变,将加速电压U增大为原来的2倍,则粒子能获得的最大动能增大为原来的2倍
D.若其它条件不变,将D型盒的半径增大为原来的2倍,则粒子获得的最大动能增大为原来的4倍
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