回旋加速器是用來加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的儀器，其核心部分是兩個(gè)D形金屬扁盒，兩盒分別和一高頻交流電源兩極相接，以便在盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使粒子每次穿過狹縫都得到加速，兩盒放在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面，離子源置于盒的圓心附近，若離子源射出的粒子電荷量為q，質(zhì)量為m，粒子最大回旋半徑為Rmax，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，問：
（1）盒內(nèi)有無電場(chǎng)？
（2）粒子在盒內(nèi)做何種運(yùn)動(dòng)？
（3）粒子離開加速器時(shí)速度為多大，最大動(dòng)能為多少？
分析：盒內(nèi)只有磁場(chǎng)粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)粒子從D形盒中出來時(shí)，速度最大，此時(shí)運(yùn)動(dòng)的半徑等于D形盒的半徑，而電場(chǎng)存在于兩D形盒之間．
解答：解：（1）加速器由D形盒盒間縫隙組成，盒間縫隙對(duì)粒子加速有有電場(chǎng)，D形盒起到讓粒子旋轉(zhuǎn)再次通過盒間縫隙進(jìn)行加速，
    要做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，沒有電場(chǎng)．  則有電場(chǎng)只存在于兩盒之間，而盒內(nèi)無電場(chǎng)
    （2）粒子在磁場(chǎng)中只受洛倫茲力作用，洛倫茲力始終與速度垂直，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
    （3）粒子速度增加則半徑增加，當(dāng)軌道半徑達(dá)到最大半徑時(shí)速度最大
                 由R=
mv
Bq
   得Vmax=
BqRmax
m

    則其最大動(dòng)能為：Ekmax=
1
2
mv2max=
B2q2
R
2
max
2m

答：（1）盒內(nèi)無電場(chǎng)．
    （2）粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
    （3）最大速度為Vmax=
BqRmax
m
，最大動(dòng)能為：Ekmax=
1
2
mv2max=
B2q2
R
2
max
2m
點(diǎn)評(píng)：明確電場(chǎng)與磁場(chǎng)地的作用，最大速度決定于D形盒的半徑．
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

如圖所示，回旋加速器是用來加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的裝置．其核心部分是兩個(gè)“D”型金屬盒，置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩盒分別與高頻交流電源相連．則帶電粒子獲得的最大動(dòng)能與下列哪些因素有關(guān)（　�。�

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科目：高中物理 來源： 題型：

回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖所示．如果用同一回旋加速器分別加速氚核（
 
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1
H）和α粒子（
 
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2
He）比較它們所加的高頻交流電源的周期和獲得的最大動(dòng)能的大小，有（　　）

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖所示，它的核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，兩盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使帶電粒子每次通過窄縫都得到加速．兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面，帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，通過兩盒間的窄縫時(shí)反復(fù)被加速，達(dá)到最大圓周半徑時(shí)通過特殊裝置被引出．以下關(guān)于回旋加速器的原理和應(yīng)用，下列說法中正確的是（　�。�
A、加速同一種帶電粒子時(shí)，加速電壓越大，粒子獲得的最大動(dòng)能越大
B、加速同一種帶電粒子時(shí)，加速電壓的頻率越大，粒子獲得的最大動(dòng)能越大
C、加速同一種帶電粒子時(shí)，D形盒中的磁場(chǎng)越強(qiáng)，粒子獲得的最大動(dòng)能越大
D、加速器可以同時(shí)加速氚核（
 
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H）和α粒子（
 
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He），且α粒子獲得的最大動(dòng)能較大

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精英家教網(wǎng)回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖所示，它的核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒相距很近，連接好高頻交流電源后，兩盒間的窄縫中形成交變的勻強(qiáng)電場(chǎng)，使帶電粒子每次通過窄縫都能得到加速．兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直盒面向下，帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，通過兩盒間的窄縫時(shí)反復(fù)被加速，當(dāng)粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑達(dá)到最大值時(shí)通過特殊裝置被引出．如果用磁感應(yīng)強(qiáng)度不變的同一回旋加速器分別加速同種電性但比荷（
q
m
）不同的帶電粒子，比較加速這些帶電粒子所需的高頻交流電源的周期和獲得的最大動(dòng)能，下列說法正確的是（　�。�
A、加速比荷較大的帶電粒子所需的交流電源的周期一定較小
B、加速比荷較大的帶電粒子所需的交流電源的周期一定較大
C、加速結(jié)束后比荷較大的帶電粒子獲得的最大動(dòng)能一定較大
D、加速結(jié)束后比荷較大的帶電粒子獲得的最大動(dòng)能一定較小

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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網(wǎng)回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖所示．它的核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，兩盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場(chǎng)，使帶電粒子每次通過窄縫都得到加速．兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面，帶電粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，通過兩盒間的窄縫時(shí)反復(fù)被加速，直到達(dá)到最大圓周半徑時(shí)通過特殊裝置被引出．如果用同一回旋加速器分別加速氚核（
 
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H）和α粒子（
 
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He）比較它們所加的高頻交流電源的周期和獲得的最大動(dòng)能的大小，有（　　）
A、加速氚核的交流電源的周期較大
B、加速α粒子的交流電源的周期較大
C、加速氚核獲得的最大動(dòng)能也較小
D、加速α粒子獲得的最大動(dòng)能較大

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