题目内容

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器．如图甲所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能EK随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断中正确的是（　　）
A．粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大
B．若增大磁感应强度，为保证该粒子每次进人电场均被加速，应增大高频电源交流电的频率
C．不同粒子在两D型盒中运动时间可能不相同
D．不同粒子获得的最大动能都相同

A、根据公式r=
mv
qB
，有v=
qBr
m
，故最大动能Ekm=
1
2
mv2=
q2B2r2
2m
，与加速次数无关，故A错误；
B、增大磁感应强度，根据公式T=
2πm
qB
，可知，运动的周期减小，为保证该粒子每次进入电场均被加速，应减小周期，即增大高频电源交流电的频率，故B正确；
C、根据T=
2πm
qB
，粒子回旋周期不变，在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1，故C错误；
D、根据公式r=
mv
qB
，有v=
qBr
m
，故最大动能Ekm=
1
2
mv2=
q2B2r2
2m
，不同粒子获得的最大动能都不同，故D错误；
故选：B．
练习册系列答案
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如图所示，在直角坐标系xOy内，有一质量为m，电量为+q的电荷从原点O点沿y轴正方向以初速度v0出发，电荷重力不计，现要求电荷能通过P点（a，-b），|a|＞|b|，速度的大小不变．为了满足上述要求，需在电荷运动的空间范围内加上一个垂直于纸面的匀强磁场，试设计三种不同强度和空间区域的磁场以满足题中的要求．（说明：粒子过P点时速度的方向可以是任意的，但在xoy平面内）
在平面直角坐标系的第一象限内存在一有界匀强磁场，该磁场的磁感应强度大小为B=0.1T，方向垂直于xOy平面向里，在坐标原点O处有一正离子放射源，放射出的正离子的比荷都为
q
m
=1×106C/kg，且速度方向与磁场方向垂直．若各离子间的相互作用和离子的重力都可以忽略不计．
（1）如图甲所示，若第一象限存在直角三角形AOC的有界磁场，∠OAC=30°，AO边的长度l=0.3m，正离子从O点沿x轴正方向以某一速度射入，要使离子恰好能从AC边射出，求离子的速度大小及离子在磁场中运动的时间．
（2）如图乙所示，若第一象限存在一未知位置的有界匀强磁场，正离子放射源放射出不同速度的离子，所有正离子入射磁场的方向均沿x轴正方向，且最大速度vm=4.0×104m/s，为保证所有离子离开磁场的时候，速度方向都沿y轴正方向，试求磁场的最小面积，并在图乙中画出它的形状．
回旋加速器是获得高能带电粒子的装置．其核心部分是分别与高频交流电源的两极相连的两个D形盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中．关于回旋加速器，下列说法中正确的是（　　）
A．磁场对带电粒子的洛伦兹力对粒子不做功，因此带电粒子从D形盒射出时的动能与磁场的强弱无关
B．狭缝间的电场对粒子起加速作用，因此加速电压越大，带电粒子从D形盒射出时的动能越大
C．用同一回旋加速器分别加速不同的带电粒子，一般要调节交变电场的频率
D．带电粒子做一次圆周运动，被加速两次，因此交变电场的周期应为圆周运动周期的二倍
用回旋加速器加速粒子，待加速粒子的荷质比c定，为增加加速所能达到的最大速度，可采取的措施是（　　）
A．提高周期性变化电压的最大值
B．减小周期性变化电压的周期
C．减小匀强磁场的磁感强度
D．增大D形盒的半径
如图所示，A选项中的是回旋加速器的原理图，B选项中的是研究自感现象的实验电路图，C选项中的是欧姆表的内部电路图，D选项中的图是动圈式话筒的原理图，下列说法正确的是（　　）
A．
是加速带电粒子的装置，其加速电压越大，带电粒子最后获得的速度越大
B．
电路开关断开瞬间，灯泡A一定会突然闪亮一下
C．
在测量电阻前，需两表笔短接，调节R1使指针指向0Ω
D．
利用了电磁感应的原理，声波使膜片振动，从而带动音圈产生感应电流
回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展．回旋加速器的工作原理如图所示，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。A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q ，在加速器中被加速，设粒子初速度为零，加速电压为U ，加速过程中不考虑重力作用和相对论效应。下列说法正确的是
A．粒子在回旋加速器中运动时，随轨道半径r的增大，盒中相邻轨道的半径之差减小
B．粒子从静止开始加速到出口处所需的时间约为
C．粒子能获得的最大动能跟加速器磁感应强度无关
D．加速电压越大粒子能获得的最大动能越大
（10分）有一种质谱仪的工作原理图如图所示。静电分析器是四分之一圆弧的管腔，内有沿圆弧半径方向指向圆心O1的电场，且与圆心O1等距各点的电场强度大小相等。磁分析器中以O2为圆心、圆心角为90°的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后，从M点沿垂直于该点的电场方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为R的四分之一圆弧做匀速圆周运动，并从N点射出静电分析器。而后离子由P点射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q点射出，并进入收集器。已知加速电场的电压为U，磁分析器中磁场的磁感应强度大小为B。

（1）请判断磁分析器中磁场的方向；
（2）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小；
（3）求磁分析器中Q点与圆心O2的距离d。
1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示．这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是(　 　)
A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋
B．电场和磁场同时用来加速带电粒子
C．在交流电压一定的条件下，回旋加速器的半径越大，则带电粒子获得的动能越大
D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无关

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