高三物理解答题中等难度题
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(18分)图所示为回旋加速器的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条狭缝,两个D型盒处在匀强磁场中并接在高频交变电源上。在D1盒中心A处有离子源,它产生并发出的a粒子,经狭缝电压加速后,进入D2盒中。在磁场力的作用下运动半个圆周后,再次经狭缝电压加速。为保证粒子每次经过狭缝都被加速,设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致。如此周而复始,速度越来越 大,运动半径也越来越大,最后到达D型盒的边缘,以最大速度被导出。已知a粒子电荷量为q,质量为m,加速时电极间电压大小恒为U,磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R,设 狭 缝 很 窄,粒子通过狭缝的时间可以忽略不计,设α粒子从离子源发出时的初速度为零。(不计α粒子重力)求:
(1) α粒子第一次被加速后进入D2盒中时的速度大小;
(2) α粒子被加速后获得的最大动能Ek和交变电压的频率f;
(3)α粒子在第n次由D1盒进入D2盒与紧接着第n+1次由D1盒进入D2盒位置之间的距离Δx。
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在高能物理研究中,粒子回旋加速器起着重要作用,如图甲为它的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条窄缝。两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压。图乙为俯视图,在D型盒上半面中心S处有一正离子源,它发出的正离子,经狭缝电压加速后,进入D型盒中。在磁场力的作用下运动半周,再经狭缝电压加速。如此周而复始,最后到达D型盒的边缘,获得最大速度,由导出装置导出。已知正离子的电荷量为q,质量为m,加速时电极间电压大小为U,磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R。每次加速的时间很短,可以忽略不计。正离子从离子源出发时的初速度为零,求(1)为了使正离子每经过窄缝都被加速,求交变电压的频率(2)求离子能获得的最大动能(3)求离子第1次与第n次在下半盒中运动的轨道半径之比。
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在高能物理研究中,粒子回旋加速器起着重要作用,如图甲为它的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条窄缝。两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压。图乙为俯视图,在D型盒上半面中心S处有一正离子源,它发出的正离子,经狭缝电压加速后,进入D型盒中。在磁场力的作用下运动半周,再经狭缝电压加速。如此周而复始,最后到达D型盒的边缘,获得最大速度,由导出装置导出。已知正离子的电荷量为q,质量为m,加速时电极间电压大小为U,磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R。每次加速的时间很短,可以忽略不计。正离子从离子源出发时的初速度为零,求(1)为了使正离子每经过窄缝都被加速,求交变电压的频率(2)求离子能获得的最大动能(3)求离子第1次与第n次在下半盒中运动的轨道半径之比。
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在高能物理研究中,粒子回旋加速器起着重要作用,如图甲为它的示意图。它由两个铝制D型金属扁盒组成,两个D形盒正中间开有一条窄缝。两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压。图乙为俯视图,在D型盒上半面中心S处有一正离子源,它发出的正离子,经狭缝电压加速后,进入D型盒中。在磁场力的作用下运动半周,再经狭缝电压加速。如此周而复始,最后到达D型盒的边缘,获得最大速度,由导出装置导出。已知正离子的电荷量为q,质量为m,加速时电极间电压大小为U,磁场的磁感应强度为B,D型盒的半径为R。每次加速的时间很短,可以忽略不计。正离子从离子源出发时的初速度为零,求
(1)为了使正离子每经过窄缝都被加速,求交变电压的频率
(2)求离子能获得的最大动能
(3)求离子第1次与第n次在下半盒中运动的轨道半径之比。
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回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,图为回旋加速器的示意图. 、
是两个中空的铝制半圆形金属扁盒,在两个D形盒正中间开有一条狭缝,两个
形盒在高频交流电源上.在
盒中心
处有粒子源,产生的带正电粒子在两盒之间被电场加速后进入
盒中.两个
形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动,经过半个圆周后,再次到达两盒间的狭缝,控制交流电源电压的周期,保证带电粒子经过狭缝时再次被加速.如此,粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝,一次一次地被回速,速度越来越大,运动半径也越来越大,最后到达
形盒的边缘,沿切线方向以最大速度被导出.已知带电粒子的电荷量为
,质量为
,加速时狭缝间电压大小恒为
,磁场的磁感应强度为
,
形盒的半径为
,狭缝之间的距离为
.设从粒子源产生的带电粒子的初速度为零,不计粒子受到的重力,求:
()带电粒子能被加速的最大动能
.
()带电粒子在
盒中第
个半圆的半径.
()若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为
,求从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率
.
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回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,图20为回旋加速器的示意图。D1、D2是两个中空的铝制半圆形金属扁盒,在两个D形盒正中间开有一条狭缝,两个D形盒接在高频交流 电源上。在D1盒中心A处有粒子源,产生的带正电粒子在两盒之间被电场加速后进入D2盒中。两个D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动,经过半个圆周后,再次到达两盒间的狭缝,控制交流电源电 压的周期,保证带电粒子经过狭缝时再次被加速。如此,粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝,一次一次地被加速,速度越来越大,运动半径也越来越大,最后到达D形盒的边缘,沿切线方向以最大速度被导出。已知带电粒子的电荷量为q,质量为m,加速时狭缝间电压大小恒为U,磁场的磁感应强度为B,D形盒的半径为R狭缝之间的距离为d。设从粒子源产生的带电粒子的初速度为零,不计粒子受到的重力,求:
(1)带电粒子能被加速的最大动能Ek;
(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)设该正离子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同,试推证当R>>d时,正离子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计(正离子在电场中运动时,不考虑磁场的影响)
(4)带电粒子在D2盒中第n个半圆的半径;
(5)若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为I,求从回旋加速器输出的带电粒 子的平均功率。
(6)实际使用中,磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm,试讨论粒子能获得的最大动能Ekm。
(7)a粒子在第n次由D1盒进入D2盒与紧接着第n+1次由队盒进入队盒位置之间的距离△x;
(8)试推理说明:质子在回旋加速器中运动时,随轨道半径r的增大,同一盒中相邻轨道的半径之差△r是增大、减小还是不变?
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(10分)回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,图中为回旋加速器的示意图。D1、D2是两个中空的铝制半圆形金属扁盒,在两个D形盒正中间开有一条狭缝,两个D形盒接在高频交流电源上。在D1盒中心A处有粒子源,产生的带正电粒子在两盒之间被电场加速后进入D2盒中。两个D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中,带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动,经过半个圆周后,再次到达两盒间的狭缝,控制交流电源电压的周期,保证带电粒子经过狭缝时再次被加速。如此,粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝,一次一次地被加速,速度越来越大,运动半径也越来越大,最后到达D形盒的边缘,沿切线方向以最大速度被导出。已知带电粒子的电荷量为q,质量为m,加速时狭缝间电压大小恒为U,磁场的磁感应强度为B,D形盒的半径为R,狭缝之间的距离为d。设从粒子源产生的带电粒子的初速度为零,不计粒子受到的重力,求:
(1)带电粒子能被加速的最大动能Ek;
(2)带电粒子在D2盒中第n个半圆的半径;
(3)若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为I,求从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率。
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