（14分）1932年美國(guó)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(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)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(hào)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兩個(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(chǎng)中，磁場(chǎng)可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場(chǎng)，且與D形盒底面垂直。兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可以忽略不計(jì)。D形盒的半徑為R，磁場(chǎng)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(chǎng)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(guò)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(guò)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(guò)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。
（1）（2）（3）

試題分析：（1）根據(jù)動(dòng)能定理可得：             （2分）
解得           （1分）
（2）運(yùn)動(dòng)過(guò)程中洛倫茲力充當(dāng)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(dòng)能定理可得：           （2分）
又知道，
解得         （3分）
因?yàn)?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140825/20140825002719264468.png" style="vertical-align:middle;" />          （1分）
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(lái)源：不詳 題型：問答題

在圖示區(qū)域中，x軸上方有一勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向里，x軸下方有一勻強(qiáng)電場(chǎng)．現(xiàn)有一質(zhì)子以速度v0由y軸上的A點(diǎn)沿y軸正方向射入磁場(chǎng)，質(zhì)子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后從C點(diǎn)與x軸成45°角進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)區(qū)域，經(jīng)時(shí)間t原路返回再次進(jìn)入磁場(chǎng)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)．己知質(zhì)子質(zhì)量為m，電最為q，不計(jì)重力，磁場(chǎng)區(qū)域和電場(chǎng)區(qū)域足夠大．求：
（1）C點(diǎn)的x坐標(biāo)；
（2）勻強(qiáng)電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)大小和方向；
（3）質(zhì)子第四次穿過(guò)x軸時(shí)的x坐標(biāo)．

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科目：高中物理 來(lái)源：不詳 題型：多選題

如圖所示，A選項(xiàng)中的是回旋加速器的原理圖，B選項(xiàng)中的是研究自感現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)電路圖，C選項(xiàng)中的是歐姆表的內(nèi)部電路圖，D選項(xiàng)中的圖是動(dòng)圈式話筒的原理圖，下列說(shuō)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(huì)突然閃亮一下
C．
在測(cè)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(dòng)，從而帶動(dòng)音圈產(chǎn)生感應(yīng)電流

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科目：高中物理 來(lái)源：不詳 題型：計(jì)算題

（18分）如圖所示，回旋加速器D形盒的半徑為R，用來(lái)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(qiáng)磁場(chǎng)B的方向和大��；
（2）加速器中交變電場(chǎng)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(chǎng)加速后能量增加，加速到上述能量所需時(shí)間（不計(jì)在電場(chǎng)中的加速時(shí)間）。

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科目：高中物理 來(lái)源：不詳 題型：計(jì)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(chǎng)，且與圓心O1等距各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)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(qiáng)磁場(chǎng)，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(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子（初速度為零，重力不計(jì)），經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，從M點(diǎn)沿垂直于該點(diǎn)的電場(chǎng)方向進(jìn)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(yùn)動(dòng)，并從N點(diǎn)射出靜電分析器。而后離子由P點(diǎn)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(diǎn)射出，并進(jìn)入收集器。已知加速電場(chǎng)的電壓為U，磁分析器中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。

（1）請(qǐng)判斷磁分析器中磁場(chǎng)的方向；
（2）求靜電分析器中離子運(yùn)動(dòng)軌跡處電場(chǎng)強(qiáng)度E的大�。�
（3）求磁分析器中Q點(diǎn)與圓心O2的距離d。

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科目：高中物理 來(lái)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(gè)D形金屬盒,兩金屬盒處在垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，與高頻交流電源相連接后，使粒子每次經(jīng)過(guò)兩盒間的狹縫時(shí)都能得到加速，如圖所示�，F(xiàn)要增大帶電粒子從回旋加速器射出時(shí)的動(dòng)能，下列方法可行的是
A．僅減小磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)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(lái)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(gè)D形金屬盒．兩金屬盒處在垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，a、b分別與高頻交流電源兩極相連接，下列說(shuō)法正確的是
A．離子從磁場(chǎng)中獲得能量
B．離子從電場(chǎng)中獲得能量
C．帶電粒子的運(yùn)動(dòng)周期是變化的
D．增大金屬盒的半徑可使粒子射出時(shí)的動(dòng)能增加

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科目：高中物理 來(lái)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(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E，平板S上有可讓粒子通過(guò)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(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)．下列說(shuō)法正確的是（　   　 ）
A．速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里
B．能通過(guò)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(diǎn)運(yùn)動(dòng)到膠片A1A2的時(shí)間為2πm/qB0

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科目：高中物理 來(lái)源：不詳 題型：單選題

歐洲強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)在2010年初重新啟動(dòng)，并取得了將質(zhì)子加速到1.18萬(wàn)億ev的階段成果，為實(shí)現(xiàn)質(zhì)子對(duì)撞打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。質(zhì)子經(jīng)過(guò)直線加速器加速后進(jìn)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(guò)位置A時(shí)都會(huì)被加速（圖1），當(dāng)質(zhì)子的速度達(dá)到要求后，再將它們分成兩束引導(dǎo)到對(duì)撞軌道中，在對(duì)撞軌道中兩束質(zhì)子沿相反方向做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并最終實(shí)現(xiàn)對(duì)撞 （圖2）。質(zhì)子是在磁場(chǎng)的作用下才得以做圓周運(yùn)動(dòng)的。下列說(shuō)法中正確的是（   ）
A．質(zhì)子在環(huán)形加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場(chǎng)會(huì)逐漸減小
B．質(zhì)子在環(huán)形加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場(chǎng)始終保持不變
C．質(zhì)子在對(duì)撞軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場(chǎng)會(huì)逐漸減小
D．質(zhì)子在對(duì)撞軌道中運(yùn)動(dòng)時(shí)，軌道所處位置的磁場(chǎng)始終保持不變

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