（14分）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動特點，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�；匦铀倨鞯暮诵牟糠譃閮蓚�D形盒，分別為D1、D2。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大磁場中，磁場可以認為是勻強磁場，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形盒的半徑為R，磁場的磁感應(yīng)強度為B。設(shè)質(zhì)子從粒子源A處進入加速電場的初速度不計。質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為+q。加速器接入一定頻率的高頻交變電源，加速電壓為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)過狹縫被加速后進人D2盒時的速度大小v1；
（2）求質(zhì)子第1次經(jīng)過狹縫被加速后進人D2盒后運動的軌道半徑r1；
（3）求質(zhì)子從靜止開始加速到出口處所需的時間t。
（1）（2）（3）

試題分析：（1）根據(jù)動能定理可得：             （2分）
解得           （1分）
（2）運動過程中洛倫茲力充當向心力，所以           （3分）
解得         （1分）
（3）設(shè)質(zhì)子從靜止開始加速到出口處被加速了n圈，質(zhì)子在出口處的速度為v
根據(jù)動能定理可得：           （2分）
又知道，
解得         （3分）
因為          （1分）
得：         （1分）
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源：不詳 題型：問答題

在圖示區(qū)域中，x軸上方有一勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為B，方向垂直紙面向里，x軸下方有一勻強電場．現(xiàn)有一質(zhì)子以速度v0由y軸上的A點沿y軸正方向射入磁場，質(zhì)子在磁場中運動一段時間后從C點與x軸成45°角進入勻強電場區(qū)域，經(jīng)時間t原路返回再次進入磁場繼續(xù)運動．己知質(zhì)子質(zhì)量為m，電最為q，不計重力，磁場區(qū)域和電場區(qū)域足夠大．求：
（1）C點的x坐標；
（2）勻強電場的場強大小和方向；
（3）質(zhì)子第四次穿過x軸時的x坐標．

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：多選題

如圖所示，A選項中的是回旋加速器的原理圖，B選項中的是研究自感現(xiàn)象的實驗電路圖，C選項中的是歐姆表的內(nèi)部電路圖，D選項中的圖是動圈式話筒的原理圖，下列說法正確的是（　�。�
A．
是加速帶電粒子的裝置，其加速電壓越大，帶電粒子最后獲得的速度越大
B．
電路開關(guān)斷開瞬間，燈泡A一定會突然閃亮一下
C．
在測量電阻前，需兩表筆短接，調(diào)節(jié)R1使指針指向0Ω
D．
利用了電磁感應(yīng)的原理，聲波使膜片振動，從而帶動音圈產(chǎn)生感應(yīng)電流

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

（18分）如圖所示，回旋加速器D形盒的半徑為R，用來加速質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)子，使質(zhì)子由靜止加速到能量為Ek，由A孔射出，求：

（1）加速器中勻強磁場B的方向和大小；
（2）加速器中交變電場的周期；
（3）設(shè)兩D形盒間的加速電壓為U，質(zhì)子每次經(jīng)電場加速后能量增加，加速到上述能量所需時間（不計在電場中的加速時間）。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計算題

（10分）有一種質(zhì)譜儀的工作原理圖如圖所示。靜電分析器是四分之一圓弧的管腔，內(nèi)有沿圓弧半徑方向指向圓心O1的電場，且與圓心O1等距各點的電場強度大小相等。磁分析器中以O(shè)2為圓心、圓心角為90°的扇形區(qū)域內(nèi)，分布著方向垂直于紙面的勻強磁場，其左邊界與靜電分析器的右邊界平行。由離子源發(fā)出一個質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子（初速度為零，重力不計），經(jīng)加速電場加速后，從M點沿垂直于該點的電場方向進入靜電分析器，在靜電分析器中，離子沿半徑為R的四分之一圓弧做勻速圓周運動，并從N點射出靜電分析器。而后離子由P點射入磁分析器中，最后離子沿垂直于磁分析器下邊界的方向從Q點射出，并進入收集器。已知加速電場的電壓為U，磁分析器中磁場的磁感應(yīng)強度大小為B。

（1）請判斷磁分析器中磁場的方向；
（2）求靜電分析器中離子運動軌跡處電場強度E的大�。�
（3）求磁分析器中Q點與圓心O2的距離d。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其主體部分是兩個D形金屬盒,兩金屬盒處在垂直于盒底的勻強磁場中，與高頻交流電源相連接后，使粒子每次經(jīng)過兩盒間的狹縫時都能得到加速，如圖所示。現(xiàn)要增大帶電粒子從回旋加速器射出時的動能，下列方法可行的是
A．僅減小磁場的磁感應(yīng)強度
B．僅減小狹縫間的距離
C．僅增大高頻交流電壓
D．僅增大金屬盒的半徑

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其主體部分是兩個D形金屬盒．兩金屬盒處在垂直于盒底的勻強磁場中，a、b分別與高頻交流電源兩極相連接，下列說法正確的是
A．離子從磁場中獲得能量
B．離子從電場中獲得能量
C．帶電粒子的運動周期是變化的
D．增大金屬盒的半徑可使粒子射出時的動能增加

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖．帶電粒子被加速電場加速后，進入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強磁場和勻強電場的強度分別為B和E，平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2．平板S下方有磁感應(yīng)強度為B0的勻強磁場．下列說法正確的是（　   　 ）
A．速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向里
B．能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于B / E
C．比荷（q/m）越大的粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P
D．粒子從P點運動到膠片A1A2的時間為2πm/qB0

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

歐洲強子對撞機在2010年初重新啟動，并取得了將質(zhì)子加速到1.18萬億ev的階段成果，為實現(xiàn)質(zhì)子對撞打下了堅實的基礎(chǔ)。質(zhì)子經(jīng)過直線加速器加速后進入半徑一定的環(huán)形加速器，在環(huán)形加速器中，質(zhì)子每次經(jīng)過位置A時都會被加速（圖1），當質(zhì)子的速度達到要求后，再將它們分成兩束引導(dǎo)到對撞軌道中，在對撞軌道中兩束質(zhì)子沿相反方向做勻速圓周運動，并最終實現(xiàn)對撞 （圖2）。質(zhì)子是在磁場的作用下才得以做圓周運動的。下列說法中正確的是（   ）
A．質(zhì)子在環(huán)形加速器中運動時，軌道所處位置的磁場會逐漸減小
B．質(zhì)子在環(huán)形加速器中運動時，軌道所處位置的磁場始終保持不變
C．質(zhì)子在對撞軌道中運動時，軌道所處位置的磁場會逐漸減小
D．質(zhì)子在對撞軌道中運動時，軌道所處位置的磁場始終保持不變

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