(18分)图所示为回旋加速器的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条狭缝,两个D型盒处在匀强磁场中并接在高频交变电源上。在D1盒中心A处有离子源,它
◎ 题目
(18分)图所示为回旋加速器的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条狭缝,两个D型盒处在匀强磁场中并接在高频交变电源上。在D1盒中心A处有离子源,它产生并发出的a粒子,经狭缝电压加速后,进入D2盒中。在磁场力的作用下运动半个圆周后,再次经狭缝电压加速。为保证粒子每次经过狭缝都被加速,设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致。如此周而复始,速度越来越 大,运动半径也越来越大,最后到达D型盒的边缘,以最大速度被导出。已知a粒子电荷量为q,质量为m,加速时电极间电压大小恒为U,磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R,设 狭 缝 很 窄,粒子通过狭缝的时间可以忽略不计,设α粒子从离子源发出时的初速度为零。(不计α粒子重力)求: ![]() (1) α粒子第一次被加速后进入D2盒中时的速度大小; (2) α粒子被加速后获得的最大动能Ek和交变电压的频率f; (3)α粒子在第n次由D1盒进入D2盒与紧接着第n+1次由D1盒进入D2盒位置之间的距离Δx。 |
◎ 答案
(1) ![]() ![]() ![]() ![]() |
◎ 解析
试题分析:α粒子在狭缝中做加速运动,在D形盒内做匀速圆周运动。 (1)设α粒子第一次被加速后进入D2盒中时的速度大小为v1,根据动能定理有 ![]() ![]() (2)α粒子在D形盒内做圆周运动,轨道半径达到最大时被引出,具有最大动能。设此时的速度为vm,有 ![]() 解得: ![]() 设α粒子的最大动能为Ek,则 Ek= ![]() 解得:Ek= ![]() 设交变电压的周期为T、频率为f,为保证粒子每次经过狭缝都被加速,带电粒子在磁场中运动一周的时间应等于交变电压的周期(在狭缝的时间极短忽略不计),则 ![]() ![]() 解得:T= ![]() ![]() (3)离子经电场第1次加速后,以速度 ![]() ![]() 离子经第2次电场加速后,以速度v2进入D1盒,设轨道半径为r2 ![]() 离子第n次由D1盒进入D2盒,离子已经过(2n-1)次电场加速,以速度 ![]() ![]() 解得轨道半径: ![]() 离子经第n+1次由D1盒进入D2盒,离子已经过2n次电场加速,以速度v2n进入D1盒,由动能定理: ![]() 轨道半径: ![]() 则 ![]() ![]() ![]() |
◎ 知识点
专家分析,试题“(18分)图所示为回旋加速器的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条狭缝,两个D型盒处在匀强磁场中并接在高频交变电源上。在D1盒中心A处有离子源,它…”主要考查了你对 【带电粒子在复合场中的运动】 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。- 最新内容
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