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恢学设备中。回旋加速器的工作原理如图甲所,置于真空中的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,加速器按一定频率的高频交流电源,保证粒子每次经过电场都被加速,加速电压为U。D形金属盒中心粒子源产生的粒子,初速度不计,在加速器中被加速,加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。
(1)求把质量为m、电荷量为q的静止粒子加速到最大动能所需时间;
(2)若此回旋加速器原来加速质量为2m,带电荷量为q的α粒子(),获得的最大动能为Ekm,现改为加速氘核(),它获得的最大动能为多少?要想使氘核获得与α粒子相同的动能,请你通过分析,提出一种简单可行的办法;
(3)已知两D形盒间的交变电压如图乙所示,设α粒子在此回旋加速器中运行的周期为T,若存在一种带电荷量为q′、质量为m′的粒子,在时进入加速电场,该粒子在加速器中能获得的最大动能?(在此过程中,粒子未飞出D形盒)
高三物理解答题困难题
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。回旋加速器的工作原理如图甲所示,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,加速器接一定频率的高频交流电源,保证粒子每次经过电场都被加速,加速电压为U。A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为q,初速度不计,在加速器中被加速,加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。
(1)求第1次被加速后粒子的速度大小为v;
(2)经多次加速后,粒子最终从出口处射出D形盒,求粒子射出时的动能和在回旋加速器中运动的总时间t;
(3)近年来,大中型粒子加速器往往采用多种加速器的串接组合。例如由直线加速器做为预加速器,获得中间能量,再注入回旋加速器获得最终能量。个长度逐个增大的金属圆筒和一个靶,它们沿轴线排列成一串,如图乙所示(图中只画出了六个圆筒,作为示意)。各筒相间地连接到频率为、最大电压值为的正弦交流电源的两端。整个装置放在高真空容器中。圆筒的两底面中心开有小孔。现有一电量为q、质量为m的正离子沿轴线射入圆筒,并将在圆筒间的缝隙的时间可以不计。已知离子进入第一个圆筒左端的速度为,且此时第一、二两个圆筒间的电势差。为使打到靶上的离子获得最大能量 ,各个圆筒的最小长度应满足什么条件?并求出在这种情况下打到靶上的离子的能量。
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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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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。求:
(1)质子第一次经过狭缝被加速后进入 D2 盒时的速度大小 v1 和进入 D2 盒后运动的轨道半径 r1;
(2)质子被加速后获得的最大动能 Ek 和交变电压的频率 f;
(3)若两 D 形盒狭缝之间距离为 d,且 d<<R。计算质子在电场中运动的总时间 t1 与在磁场中运动总时间 t2,并由此说明质子穿过电场时间可以忽略不计的原因。
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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D形盒,D形盒装在真空容器中,整个装置放在电磁铁两极之间的磁场中,磁场可以认为是匀强磁场,且与D形盒盒面垂直。两盒间狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。质子从粒子源A处进入加速电场的初速度不计,从静止开始加速到出口处所需的时间为t。已知磁场的磁感应强度为B,质子质量为m、电荷量为+q,加速器接一定频率高频交流电源,其电压为U。不考虑相对论效应和重力作用。求:
(1)质子第1次经过狭缝被加速后进入D形盒运动轨道的半径r1;
(2)D形盒半径为R;
(3)试推理说明:质子在回旋加速器中运动时,随轨道半径r的增大,同一盒中相邻轨道半径之差是增大、减小还是不变?
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美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器,应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点,能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量,克服了多级直线加速器的缺点,使人类在获得较高能量带电粒子方面前进了一步.下图为一种改进后的回旋加速器示意图,其中盒缝间的加速电场场强大小恒定,且被限制在A板和C板间,如图所示.带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D型盒中的匀强磁场做匀速圆周运动.对于这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是( )
A. P1P2=P2P3 B. P1P2>P2P3
C. P0P1=P1P2 D. P0P1=P1P2
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美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器,应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点,能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量,使人类在获得高能量带电粒子方面前进了一步.如图为一种改进后的回旋加速器示意图,其中盒缝间的加速电场场强大小恒定,且被限制在A、C板间,如图所示.带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动.对于这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是( )
A.带电粒子每运动一周被加速两次
B.带电粒子每运动一周P1P2=P2P3
C.加速电场方向需要做周期性的变化
D.加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关
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美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器,应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点,能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量,使人类在获得较高能量带电粒子方面前进了一步。如图所示为一种改进后的回旋加速器示意图,其中盒缝间的加速电场场强大小恒定,且被限制在A、C板间。带电粒子从P0处静止释放,并沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动。对于这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是( )
A.带电粒子每运动一周被加速一次
B.PlP2=P2P3
C.加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关
D.加速电场方向不需要做周期性的变化
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美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器,应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点,能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量,使人类在获得较高能量带电粒子方面前进了一步。如图所示为一种改进后的回旋加速器示意图,其中盒缝间的加速电场场强大小恒定,且被限制在A、C板间。带电粒子从P0处静止释放,并沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动。对于这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是( )
A.带电粒子每运动一周被加速一次
B.PlP2=P2P3
C.加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关
D.加速电场方向不需要做周期性的变化
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