题目内容

(20分)

    如图所示为一种获得高能粒子的装置。环形区域内存在垂直纸面向外,大小可调的匀强磁场。M、N为两块中心开有小孔的极板,每当带电粒子经过M、N板时,都会被加速,加速电压均为U;每当粒子飞离电场后,M、N板间的电势差立即变为零。粒子在M、N间的电场中一次次被加速,动能不断增大,而绕行半径R不变(M、N两极板间的距离远小于R)。当t=0时,质量为m,电荷量为+q的粒子静止在M板小孔处,

   (1)求粒子绕行n圈回到M板时的动能En;

   (2)为使粒子始终保持在圆轨道上运动,磁场必须周期性递增;求粒子绕行第n圈时磁感应强度B的大小;

   (3)求粒子绕行n圈所需总时间tn。

 

【答案】

(1)

(2)

(3)

【解析】(1)粒子绕行一圈动能的增量为qU,绕行n圈所获得的总动能

           4分

(2)因为

得   8分

(3)粒子做半径为R的匀速圆周运动,每一圈所用时间为,

由于第一圈速度不同,所以每一圈所需时间也不同

第一圈:

第二圈:

 

……

第n圈的速度

故绕行n圈所需总时间

 

 

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