(江苏专版)2018年高考物理第二轮复习 第14讲 磁场三难之回旋加速器课后练习

1、 速电压速电压速电压感应强度第14讲磁场三难之回旋加速器题一：如图所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个形金属盒，两盒相距很近，分别与高频交流电源连接，带电粒子每次通过两盒之间的窄缝时都能被加速；将两盒置于匀强磁场中，磁场方向垂直盒底面，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，当其做圆周运动的轨迹半径达到最大时被引出。忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列说法中正确的是（）:、加速电压越大，粒子被引出时获得的动能就越大-2”.因粒子每次通过窄缝时都被加速，由T知粒子在磁场中运动的周期变小C加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大.增大磁感应强度或增大形盒面积都能使粒子的最大动能增大题二：193年0

2、劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其核心部分由分别与高频电源的两极相连接的两个铜质形盒、构成，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，粒子每次通过狭缝时都能得到加速，两形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，则下列说法中正确的是（）可增大带电粒子射出时的动能可改变带电粒子在磁场中运动的周期不影响带电粒子射出时的动能口速器不能同时加速质子1H和氚核3H题三:向图所示为回旋加速器的工作原理示意图，形金属盒置于真空中，半径为，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度大小为的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为，加速电压为，若中心粒子源处产生的初速度为零的质子（质量为，电荷量为十）在加速器中被加速。

3、不考虑相对论效应，则下列说法正确的是（）最大动能随加速电压的增大而增大交流电的频率，该加速器一定可加速其他带正电荷的粒子C./质子被加速后的最大速度不能超过2n拄对第二次和第一次经过狭缝后的轨道半径之比为2：1题四：如搠所示为一种回旋加速器的示意图，其核心部分是两个形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连，现分别加速氘核（2H）和氦核（4He），下列判断12中正确的是（）它们在d运动的周期不相同的频率可增大粒子的最大动能.它们的最大动能相同.它们的最大速度相同题五：加递器的工作原理如图所示，置于真空中的形金属盒半径为，两盒间狭缝的间距为，磁感应强度为的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒

4、子的质量为、电荷量为十,加在狭缝间的交变电压如图所示，电压值的大小为，周期T2m-它们在d运动的周期不相同的频率可增大粒子的最大动能0BqTX制XN|/X题六:出射粒子的动能粒子从飘入狭缝.52T：mjX制XN|/X题六:出射粒子的动能粒子从飘入狭缝.52T：mj拗能达到所需的总时间0要使飘入狭缝的粒子中有超过9一二一.示是回旋加速器的工阍理图，和能射出，应满足的条件。是两个中空的半径为的半圆形金属盒，44两盒之间的距离为，它们之间有大小恒定的电势差U处的粒子源产生的带电粒子在两盒之间被电场加速，两半圆盒处于与盒面垂直的磁感应强度为的匀强磁场中，所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动，经过半个圆周之

5、后，粒子再次到达两盒的缝隙时，两盒之间的电势差恰好改变正负，于是粒子再一次被加速如此往复，粒子的速度就能够增加到很大。求粒子在电场中加速的总时间与粒子在形盒中回旋的总时间的比值。（假设粒子在电场中的加速次数等于在磁场中回旋半周的次数，不计粒子从粒子源进入加速电场时的初速度）题七:年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点；解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，图乙为俯视图。回旋加速器的核心部分为形盒,.二形盒装在真空容器中，整个装置放在电磁铁两极之间的磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与形盒

6、盒面垂直。两盒间狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。质子从粒子源处进入加速电场的初速度不计，从静止开始加速到出口处所需的时间为。已知题七:磁场的磁感应强度为B质子质量为、电荷量为十,加速器接一定频率的高频交流电源，其电压为。不考虑相对论效应和重力作用。求：()形盒半径。()形盒半径。()试推理说明：质子在回旋加速器中运动时，随轨道半径的增大，同一盒中相邻轨道半径之差厂是增大、减小还是不变？题八：如图所示为一回旋加速器的示意图，其核心部分为处于匀强磁场中的形盒，两形盒之间接交流电源，并留有窄缝，离子在窄缝间的运动时间忽略不计。已知形盒的半径为，在部分的中央处放有离子源，离子带正电，质量为、

7、电荷量为，初速度不计。若磁感应强度的大小为，每次加速时的电压为。忽略离子的重力等因素，求：(1加在形盒间交流电源的周期T()离子在第,3次通过窄缝后的运动半径3()离子加速后可获得的最大动能。这些离子在方向上的分速度均为题九：如图为一种质谱仪的工作原理示意图。在以为圆心，为对称轴，夹角为2的扇形区域内分布着垂直于纸面的匀强磁场。关于轴对称的和分别是离子发射点和收集点。/这些离子在方向上的分速度均为。若该离子束中比荷为-的离子都能汇聚到，试求:0m()离子沿与(，线段ci的小和口方向;成e角的直线长。飞进入磁场时，其轨道半径和在磁场中运动的时间;()离子沿与(，线段ci的小和口方向;成e角的直线

8、长。飞进入磁场时，其轨道半径和在磁场中运动的时间;题十：有一种质谱二二二二弧半径方向指向圆心的电场中以为圆心、圆心角为90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,且与圆心等距的各点的电场强度大小相等。在磁分析器的扇形区域内，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、电荷量为的正离子(初速度为零，重力不计)，经加速电场加速后，从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，离子沿半径为的四分之一圆弧做匀速圆周运动，并从点射出静电分析器。而后离子由点射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从点射出，并

9、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的大小；的大小；磁场三难之回旋加速器题一：TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark37 mv2mE、解析：粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其运动半径为rBq、Bqk，所以q2B2r2Ej，当等于形盒半径时，粒子将不再被加速，故粒子获得的最大动能取k2m2，mv21m决于形盒半径、磁感应强度，、错误，正确；由T及rk知T=-，vBqBq即粒子在磁场中运动的周期与速度无关，错误。题二：v2q2B2R2故带电粒子射解析：根据洛伦兹力提供向心力,有qvB麋,解得动能Ek，故带电粒子射出的最大动能与加速电压无

10、关，与磁感应强度有关，选项、错误；带电粒子在磁场中运动的周期T孕，与加速电压无关，选项错误；根据周期公式可知，质子1H和氚核Bq13H在磁场中运动的周期不同，而所加的电压周期应与粒子在磁场中的运动周期相同，否1则不能同步加速，故它们无法同时在同一回旋加速器中加速，选项正确。题三：mv1解析：粒子做圆周运动的最大半径等于形盒半径，根据半径公式R丁和E-V2V2可Bqk2知，最大动能与加速电场无关，选项、错；回旋加速器所加交流电周期等于粒子做圆周运动的周期，即T2m，其他带正电荷的粒子和质子的周期不一定相同，选项错；质子加Bq2速后最大半径为、在磁场中做圆周运动的频率为，根据速度公式vt可知最大速

11、度为兀，选项对；根据动能定理可知，质子第二次和第一次经过狭缝后的速度之比为&：1,轨道半径之比为v2：1,选项错。题四：2m,，“，一一皿解析：粒子做圆周运动的周期为T-B，代入数值可知两粒子的周期相同，选项错；mv粒子做圆周运动的最大半径等于形盒半径，半径相同，根据半径公式Rq可知最大速度相同1度相同选项对；E-mv2，所以最大动能不同且与频率无关，选项、均错。k2题五：解析：q2B题五：解析：q2B2R2*()BR22BRdBlm2UqB0v2(1)粒子运动半径为时，有qvBm,RmU()d100qB2R1q2B2R2且E-vv2，解得Em2m2m()粒子被加速次达到动能，则=粒子在狭缝间

12、做匀加速运动，设次经过狭缝的总时间为，有=2(),加速qU度a0,qU度a0,mdT由=(-)+，解得t0BR22BRdmZ。2U0qB(3)只有在T(y-A)时间内飘入的粒子才能每次均被加速，则所占的比例为mU由解得100qBR题六：22题六：22dR解析：设粒子质量为、电荷量为，在电场中加速的次数为，从形盒中射出时的最大速度为。粒子在两形盒的缝隙之间的不连续的匀加速运动，可等效成一段位移为速度为零、末速度为的匀加速直线运动,所以粒子在电场中加速的总时间i-nd。v2做匀速圆周运动的周期相同2IR故总有T粒子做匀速圆周运动的最大半径为，由牛顿第二定律有做匀速圆周运动的周期相同2IR故总有TT

13、粒子在形盒中回旋的总时间tn-,22t2d所以-1R题七：1：2mUBq2Ut)题七：1：2mUBq2Ut)1IB(3)减小详解：由动能定理知qUmv22qU一、mv2得v:以一，由牛顿第二定律有qvB,mrimv1.12mU解得4qb021m()质子在回旋加速器内的周期为T引，质子每运动半周被加速一次,故质子被加速tBqtmv2的次数为n/-,由动能定理知质子的末动能为一nqU，由牛顿第二定律有Tm2qvB末(3)设2mv22UTRqvB末(3)设2mv22UTR,联立可得R、国。为质子做圆周运动的轨道半径的序数，相邻的轨道半径为，+,每半个周期质子被加速一次，故由到+质子被加速次，则有mv

14、22qUki-2mv2mv2rrrkkk六，由牛顿第二定律qvB一k-得v2krkk4mUqBr上，联立解得m，所以随着半径的增大，减小。qB2(rr)kk题八：解析：21m（）题八：解析：21m（）Bq（1）加在形盒间交流电源的周期q2B2R22m等于粒子在磁场中的运动的周期。v22，21m在磁场中洛伦兹力提供向心力，则有qvBm,T一，联立可得TrvBq（）设第次通过窄缝后粒子的速度为，则有3qU2mv在磁场中洛伦兹力提供mv21,6mU向心力，则有qvB，联立可得r3r3BqTOC o 1-5 h z31mv2（）设粒子的最大速度为，对应着粒子的最大运动半径，则有qvB，mmR1q2B2

15、R2 HYPERLINK l bookmark127 E-mv2，联立可得EJ。 HYPERLINK l bookmark23 km2mm2mmvd2（）d题九：（）0磁场方向垂直纸面向外（）一五，（）aqdcosv0mv2详解：（）设沿方向运动的离子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为，由=中,0Rmv子速度大小为由cs=，得=0,磁场方向垂直纸面向外。qd子速度大小为由cs，在磁场中的轨道半径为R,运动时间为mvd=。Bqcos在磁场中做匀速圆周运动的周期设圆心为A过做垂直，在磁场中做匀速圆周运动的周期设圆心为A过做垂直，2m=Bq可以证明e2()d。v0dt=cos-et，所以a。12mU()12mU()Bq题十：（）垂直纸面向外（）R解析：（1）由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外。（）设离子进入静电分析器时的速度为，离子在加速电场中加速，根据动能定理有mv2qU一广，离子在静电分析器中做匀速圆周运动，指向圆心的电场力为向心力，有mv22UqEf,联立解得ERRv2()离子在磁分析器中做匀速圆周运动，圆心为2根据牛顿第二定律有qvBm,由r112mU题意可知，离子做圆周运动的轨道半径=d解得=-Bq本文档仅供文库使用。百度文库是百度发