如图所示是一个回旋加速器的示意图,其中两个半圆形金属盒内有方向垂直于纸面,磁感强度为B的匀强磁场,两金属盒分别接到交变电源的两极上,在两盒间的狭缝处形成交变的电场

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 质谱仪/2023-04-06 / 加入收藏 / 阅读 [打印]

◎ 题目

如图所示是一个回旋加速器的示意图,其中两个半圆形金属盒内有方向垂直于纸面,磁感强度为B的匀强磁场,两金属盒分别接到交变电源的两极上,在两盒间的狭缝处形成交变的电场.质量为m、电量为q的带电粒子从下面盒的中心O点进入,进入时的初速可以忽略,经两盒间狭缝处的电场加速后进入上面盒内,在磁场中做圆周运动,当它回到狭缝处时,电场恰好反向,再次对粒子加速,进入下面磁场中,从c1处再进入电场中加速,以后则重复前面的过程,并且每次电场对粒子做的功都是W.图中c2、c3、……是后面各次从下面磁场中射出时的位置.

(1)求Oc1的距离.
(2)n为多大时,cncn+1小于或等于Oc1的一半?
 

◎ 答案

(1)        (2)n≥4.

◎ 解析


(1)粒子从O点进入电场区域,获得的动能为E1=W,动量则为p1=.第一次从上方进入下面盒时的动能E’1=2W,动量则为p’1=
粒子第一次在上方盒内做圆周运动的轨道半径R1=p1/Bq,第一次在下方盒内做圆周运动的轨道半径R’1=p’1/Bq.
由几何关系可知,Oc1=2(R’1-R1)=2
(2)粒子从cn处射出后进入上方磁场区域内做圆周运动的半径Rn=pn/Bq,其中pn=,再从上方射出而进入下方磁场,做圆周运动的半径R’n=p’n/Bq,其中p’n=
则cncn+1=2(R’n-Rn)=2
按照题目要求,cncn+1≤Oc1/2,即应满足
解不等式,得n≥3.17,由于n只能取整数,因此应取n≥4.

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示是一个回旋加速器的示意图,其中两个半圆形金属盒内有方向垂直于纸面,磁感强度为B的匀强磁场,两金属盒分别接到交变电源的两极上,在两盒间的狭缝处形成交变的电场…”主要考查了你对  【质谱仪】,【回旋加速器】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。

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