题目内容

【题目】如图所示,x轴上方有垂直纸面向里的匀强磁场。有两个质量相同,电荷量也相同的带正、负电的离子(不计重力),以相同速度从O点射入磁场中,射入方向与x轴的夹角均为θ,则正、负离子在磁场中( )

A. 运动时间相同

B. 运动轨道半径相同

C. 重新回到x轴时速度大小相同但方向不同

D. 重新回到x轴时距O点的距离相同

【答案】BD

【解析】A、因两个离子质量相同,电荷量也相等(电量绝对值),它们垂直进入同一匀强磁场中做匀速圆周运动的半径必相等、周期(指完成一个圆周)必相等。
当θ不等于90度时,两个离子在磁场中的轨迹一个是小半圆弧,另一个是大半圆弧,所以在磁场中的运动时间就不相等,故A错误;
B、由知半径相同,故选项B正确;
C、因离子进入磁场时射入方向与x轴夹角为θ,那么射出磁场时速度方向必与x轴夹角为θ,方向相同,所以C错误;
D 由于两个离子的轨迹若合拢,肯定能组合为一个完整的圆周,则距离相同。所以选项D正确。

练习册系列答案
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【题目】1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器,巧妙地利用带电粒子在磁场中运动特点,解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。回旋加速器的工作原理如图甲所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,加速器接一定频率的高频交流电源,保证粒子每次经过电场都被加速,加速电压为U。A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为q,初速度不计,在加速器中被加速,加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。

(1)求第1次被加速后粒子的速度大小为v;

(2)经多次加速后,粒子最终从出口处射出D形盒,求粒子射出时的动能和在回旋加速器中运动的总时间t;

(3)近年来,大中型粒子加速器往往采用多种加速器的串接组合。例如由直线加速器做为预加速器,获得中间能量,再注入回旋加速器获得最终能量。个长度逐个增大的金属圆筒和一个靶,它们沿轴线排列成一串,如图乙所示(图中只画出了六个圆筒,作为示意)。各筒相间地连接到频率为、最大电压值为的正弦交流电源的两端。整个装置放在高真空容器中。圆筒的两底面中心开有小孔。现有一电量为q、质量为m的正离子沿轴线射入圆筒,并将在圆筒间的缝隙的时间可以不计。已知离子进入第一个圆筒左端的速度为,且此时第一、二两个圆筒间的电势差。为使打到靶上的离子获得最大能量 ,各个圆筒的最小长度应满足什么条件?并求出在这种情况下打到靶上的离子的能量。

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