题目内容

高能粒子在现代高科技活动中具有广泛的应用,如微观粒子的研究、核能的生产等。粒子加速器是实现高能粒子的主要途径,如图中所示为环形粒子加速器示意图,图中实线所示环形区域内存在垂直纸面向外的大小可调的匀强磁场,质量为m、电量为q的带正电粒子在环中作半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的极板,原来电势都为零,每当粒子飞经A板时,A板电势升高为+U,B极板电势保持为零,粒子在两板之间电场中得到加速。每当粒子高开B板时,A板电势又突然变为零,粒子在电场得一次次加速下动能不断增大,但绕行半径R却始终保持不变。

(1)设t=0时,粒子静止在A板小孔处,在电场作用下开始加速,并绕行第一圈。

求粒子绕行n圈回到A板时获得的总动能

(2)为使粒子始终保持在半径为R的圆形轨道上运动,磁场必须周期性递增。

求粒子绕行第n圈时磁感应强度应为多少?

(3)求粒子绕行n圈所需的总时间t(粒子通过A、B之间的时间不计)

答案:
解析:

解:(1)电场力做功由动能定理

(2)根据牛顿定律

解得

(3)周期

总时间


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