题目内容
6.(1)试计算上述正离子从离子源出发被第一次加速后进入下半盒中运动的轨道半径;
(2)尽管粒子在狭缝中每次加速的时间很短但也不可忽略.试计算上述正离子在某次加速过程当中从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间;
(3)不考虑相对论效应,试分析要提高某一离子被半径为R的回旋加速器加速后的最大动能可采用的措施.
分析 (1)根据动能定理求出粒子被第一次加速后的速度,根据洛伦兹力提供向心力,利用牛顿第二定律求出轨道的半径.
(2)回旋加速器是利用电场加速和磁场偏转来加速粒子,根据动能定理求出n次加速后的速度,根据匀变速直线运动的速度时间公式求出加速的时间,再求出粒子偏转的次数,从而得出在磁场中偏转的时间,两个时间之和即为离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间.
(3)根据回旋加速器的半径,利用洛伦兹力提供向心力,求出最大速度,看最大速度有什么因素决定.
解答 解:(1)设正离子经过窄缝被第一次加速加速后的速度为v1,由动能定理得$qU=\frac{1}{2}mv_1^2$
正离子在磁场中做匀速圆周运动,半径为r1,由牛顿第二定律得$Bq{v_1}=m\frac{{{v_1}^2}}{r_1}$
由以上两式解得${r_1}=\sqrt{\frac{2mU}{{q{B^2}}}}$
(2)设正离子经过窄缝被第n次加速加速后的速度为vn,由动能定理得$nqU=\frac{1}{2}mv_n^2$
粒子在狭缝中经n次加速的总时间${t_1}=\frac{v_n}{a}$
由牛顿第二定律得:$q\frac{U}{d}=ma$
由以上三式解得电场对粒子加速的时间 ${t_1}=d\sqrt{\frac{2nm}{qU}}$
正离子在磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律$Bqv=m\frac{v^2}{r}$
又 $T=\frac{2πr}{v}$
粒子在磁场中做圆周运动的时间 ${t_2}=(n-1)\frac{T}{2}$
由以上三式解得${t_2}=\frac{(n-1)πm}{qB}$
所以,粒子从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间$t=t_1^{\;}+{t_2}$=$d\sqrt{\frac{2nm}{qU}}$+$\frac{(n-1)πm}{qB}$
(3)设离子从D盒边缘离开时做圆周运动的轨迹半径为rm,速度为vmrm=R$Bq{v_m}=m\frac{{{v_m}^2}}{r_m}$
离子获得的最大动能为 $E=\frac{1}{2}mv_m^2=\frac{{{q^2}{B^2}{R^2}}}{2m}$
所以,要提高某一离子被半径为R的回旋加速器加速后的最大动能可以增大加速器中的磁感应强度B.
答:(1)上述正离子从离子源出发被第一次加速后进入下半盒中运动的轨道半径为$\sqrt{\frac{2mU}{q{B}^{2}}}$;
(2)上述正离子在某次加速过程当中从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间为$d\sqrt{\frac{2nm}{qU}}+\frac{(n-1)πm}{qB}$;
(3)要提高某一离子被半径为R的回旋加速器加速后的最大动能可以增大加速器中的磁感应强度B.
点评 解决本题的关键知道回旋加强器的工作原理,利用磁场偏转,电场加速.以及知道回旋加强器加速粒子的最大动能与什么因素有关.
| A. | 继续以速度v匀速运动 | |
| B. | 做匀减速运动 | |
| C. | 立即以比v小的速度做匀速运动 | |
| D. | 先做加速度越来越小的变减速运动,最后以比v小的速度做匀速运动 |
| A. | 若v2>v1,则电场力一定做正功 | |
| B. | A、B两点间的电势差U=$\frac{m}{2q}$(v${\;}_{2}^{2}$-v${\;}_{1}^{2}$) | |
| C. | 小球由A点运动至B点,电场力做的功W=$\frac{1}{2}$mv${\;}_{2}^{2}$-$\frac{1}{2}$mv${\;}_{1}^{2}$-mgH | |
| D. | 小球运动到B点时所受重力的瞬时功率P=mgv2 |
| A. | A板带正电,电阻R中的电流向上 | B. | A板带正电,电阻R中的电流向下 | ||
| C. | A板带负电,电阻R中的电流向上 | D. | A板带负电,电阻R中的电流向下 |
| A. | 4000J | B. | 10000J | ||
| C. | 14000J | D. | 条件不足无法确定 |