1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器,巧妙地利用帶電粒子在磁場中的運(yùn)動特點(diǎn),解決了粒子的加速問題。現(xiàn)在回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)設(shè)備中。
某型號的回旋加速器的工作原理如圖甲所示,圖乙為俯視圖。回旋加速器的核心部分為D形盒,D形盒裝在真空容器里,整個裝置放在巨大的電磁鐵兩極之間的強(qiáng)大磁場中,磁場可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場,且與D形盒底面垂直。兩盒間的狹縫很小,帶電粒子穿過的時間可以忽略不計,D形盒的半徑力R,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。設(shè)質(zhì)子從粒子源A處進(jìn)入加速電場的初速度不計。質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為+q。加速器接一定頻率高頻交變電源,其電壓為U。加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力作用。
(1)求質(zhì)子第1次經(jīng)過狹縫被加速后進(jìn)人D形盒運(yùn)動的軌道半徑r1;
(2)求質(zhì)子從靜止開始加速到出口處所需的時間t;
(3)如果使用這臺回旋加速器加速α粒子,需要進(jìn)行怎樣的改動?請寫出必要的分析與推理。
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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解
材料二:根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論觀點(diǎn),相對論的質(zhì)量速率公式:m=
其中m0表示物體靜止時的質(zhì)量,m表示物體以速率v運(yùn)動時的質(zhì)量,c表示光速,若質(zhì)點(diǎn)的速率遠(yuǎn)小于光速,則m→m0,質(zhì)量保持不變,回到牛頓經(jīng)典力學(xué)的觀點(diǎn).
根據(jù)以上材料回答問題:
(1)為了保證帶電粒子在回旋加速器中如圖所示的那樣不斷被加速,帶電粒子的運(yùn)動周期T1與交變電場的周期T2之間的關(guān)系為_____________.
(2)在20世紀(jì)30年代末發(fā)現(xiàn),這種回旋加速器加速質(zhì)子時,最高能量僅能達(dá)到20 MeV,要想進(jìn)一步提高質(zhì)子的速度很困難,這是因為_________________________________________.
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