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(dòng)特點(diǎn),解決了粒子的加速問題,F(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(hào)的回旋加速器的工作原理如圖15(甲)所示,圖15(乙)為俯視圖;匦铀倨鞯暮诵牟糠譃閮蓚(gè)D形盒,分別為D1、D2。D形盒裝在真空容器里,整個(gè)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(shí)間可以忽略不計(jì)。D形盒的半徑為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(jì)。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(duì)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D2盒時(shí)的速度大小v1

(2)求質(zhì)子第1次經(jīng)過狹縫被加速后進(jìn)人D2盒后運(yùn)動(dòng)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(shí)間t

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(2)         …………………………………………………(3分)

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(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

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得:     …………………………………………………(1分)

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:閱讀理解

材料一:在現(xiàn)代物理學(xué)中,為了深入到原子核內(nèi)部,進(jìn)一步研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和相互作用的規(guī)律,人們用能量很高的帶電粒子去轟擊各種原子核,觀察它們的變化情況.早期制成的加速器就是利用高壓電源的電勢(shì)差來加速帶電粒子的.這種類型的加速器受到實(shí)際所能達(dá)到的電勢(shì)差的限制,粒子獲得的能量并不太高.1932年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋粒子加速器.如圖所示,下圖為回旋粒子加速器的工作原理圖,AA′間有一交變電場,在中心A0處有粒子源,以一定的初速度v0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場中,在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),經(jīng)過一段時(shí)間到達(dá)A1時(shí),在A1A1′處受到電場的加速,速率增加到v1.粒子以速率v1在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),又經(jīng)過一段時(shí)間,到達(dá)A2′,在A2′A2處粒子又一次受到電場的加速,速率增加到v2.如此繼續(xù)下去,每當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)到AA′間時(shí),速率都將一步一步地增大.

材料二:根據(jù)愛因斯坦的狹義相對(duì)論觀點(diǎn),相對(duì)論的質(zhì)量速率公式:m=

其中m0表示物體靜止時(shí)的質(zhì)量,m表示物體以速率v運(yùn)動(dòng)時(shí)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(dòng)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(shí),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?yàn)開________________________________________.

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