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2021年北京市東城區(qū)高考物理第一次統(tǒng)一檢測(cè)試卷(一模)
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試題詳情
1931年,勞倫斯和學(xué)生利文斯頓研制了世界上第一臺(tái)回旋加速器,如圖1所示,這個(gè)精致的加速器由兩個(gè)D形空盒拼成,中間留一條縫隙,帶電粒子在縫隙中被周期性變化的電場(chǎng)加速,在垂直于盒面的磁場(chǎng)作用下旋轉(zhuǎn),最后以很高的能量從盒邊緣的出射窗打出,用來(lái)轟擊靶原子。
(1)勞倫斯的微型回旋加速器直徑d=10cm,加速電壓U=2kV,可加速氘核(
2
1
H)達(dá)到最大為E
km
=80KeV的能量,求:
a.氘核穿越兩D形盒間縫隙的總次數(shù)N;
b.氘核被第10次加速后在D形盒中環(huán)繞時(shí)的半徑R。
(2)自誕生以來(lái),回旋加速器不斷發(fā)展,加速粒子的能量已經(jīng)從每核子20MeV(20MeV/u)提高到2008年的1000MeV/u,現(xiàn)代加速器是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng),而磁鐵在其中相當(dāng)重要。加速器中的帶電粒子,不僅要被加速,還需要去打靶,但是由于粒子束在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中會(huì)因各種作用變得“散開(kāi)”,因此需要用磁鐵來(lái)引導(dǎo)使它們聚集在一起。為了這個(gè)目的,磁鐵的模樣也發(fā)生了很大的變化。圖2所示的磁鐵為“超導(dǎo)四極鐵”,圖3所示為它所提供磁場(chǎng)的磁感線。請(qǐng)?jiān)趫D3中畫(huà)圖分析并說(shuō)明,當(dāng)很多帶正電的粒子沿垂直紙面方向進(jìn)入“超導(dǎo)四極鐵”的空腔,磁場(chǎng)對(duì)粒子束有怎樣的會(huì)聚或散開(kāi)作用?
【考點(diǎn)】
回旋加速器
;
帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)
.
【答案】
見(jiàn)試題解答內(nèi)容
【解答】
【點(diǎn)評(píng)】
聲明:本試題解析著作權(quán)屬菁優(yōu)網(wǎng)所有,未經(jīng)書(shū)面同意,不得復(fù)制發(fā)布。
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0
組卷:161
引用:1
難度:0.6
相似題
1.
如俯視圖a所示,為改進(jìn)后的回旋加速器的原理圖,圖中粗黑線段為兩個(gè)正對(duì)的極板,其間存在勻強(qiáng)電場(chǎng),兩極板間電勢(shì)差為U。兩個(gè)極板的板面中部各有一寬度為d的狹縫(沿OP方向的狹長(zhǎng)區(qū)域),帶電粒子可通過(guò)狹縫穿越極板(見(jiàn)圖b);兩細(xì)虛線間(除開(kāi)兩極板之間的區(qū)域)既無(wú)電場(chǎng)也無(wú)磁場(chǎng);其它部分存在勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度方向垂直于紙面。在離子源S中產(chǎn)生的質(zhì)量為m、帶電量為q(q>0)的離子,由靜止開(kāi)始被電場(chǎng)加速,經(jīng)狹縫中的O點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng)區(qū)域,O點(diǎn)到極板右端的距離為D,到出射孔P的距離為bD(常數(shù)b為大于2的自然數(shù))。已知磁感應(yīng)強(qiáng)度大小在零到最大值之間可調(diào),離子從離子源上方的O點(diǎn)射入磁場(chǎng)區(qū)域,最終只能從出射孔P射出。假設(shè)如果離子打到器壁或離子源外壁則即被吸收,且忽略極板的邊緣效應(yīng)和相對(duì)論效應(yīng)。求:
(1)磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向,并求出可能的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的最小值;
(2)若磁感應(yīng)強(qiáng)度
B
=
3
D
2
U
m
q
,b=28,則出射離子的能量最大值;
(3)在(2)的條件下,離子從靜止出發(fā)到從P射出歷經(jīng)的時(shí)間。
發(fā)布:2024/9/21 2:0:8
組卷:33
引用:2
難度:0.3
解析
2.
如圖所示為回旋加速器的示意圖。兩個(gè)靠得很近的D形金屬盒處在與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,一質(zhì)子從加速器的A處開(kāi)始加速。已知D型盒的半徑為R,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,兩盒間的高頻交變電源的電壓為U、頻率為f,質(zhì)子質(zhì)量為m,電荷量為q。下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是( )
A.質(zhì)子的最大速度與高頻交變電源的電壓U有關(guān),且隨電壓U增大而增加
B.質(zhì)子的最大動(dòng)能為
(
q
BR
)
2
2
m
C.高頻交變電源的頻率
f
=
q
B
2
πm
D.D形金屬盒內(nèi)無(wú)電場(chǎng),兩盒間無(wú)磁場(chǎng)
發(fā)布:2024/10/26 3:30:1
組卷:134
引用:3
難度:0.6
解析
3.
小明受到回旋加速器的啟發(fā),設(shè)計(jì)了如圖1所示的“回旋加速裝置”。兩相距為d的平行金屬柵極板M、N,板M位于x軸上,板N在它的正下方。兩板間加上如圖2所示的幅值為U
0
的交變電壓,周期
T
0
=
2
πm
q
B
。板M上方和板N的下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度大小均為B、方向相反的勻強(qiáng)磁場(chǎng),粒子探測(cè)器位于y軸處,僅能探測(cè)到垂直射入的帶電粒子。有一沿x軸可以移動(dòng)、粒子出射初動(dòng)能可調(diào)節(jié)的粒子發(fā)射源,沿y軸正方向射出質(zhì)量為m、電荷量為q(q>0)的粒子。t=0時(shí)刻,發(fā)射源在(x,0)位置發(fā)射一帶電粒子。忽略粒子的重力和其它阻力,粒子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不計(jì)。
(1)若粒子只經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)并在y=y
0
處被探測(cè)到,求發(fā)射源的位置和粒子的初動(dòng)能;
(2)若粒子兩次進(jìn)出電場(chǎng)區(qū)域后被探測(cè)到,試分別討論當(dāng)粒子初動(dòng)能E
k0
如為以下兩種情況時(shí)①E
k0
>2qU
0
,②qU
0
<E
k0
<2qU
0
,粒子發(fā)射源的位置x與被探測(cè)到的位置y之間的關(guān)系,并畫(huà)出粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡示意圖。(注意:E
k0
不是已知量,結(jié)果用x、y、B、q、m、U
0
來(lái)表示)
發(fā)布:2024/9/24 6:0:8
組卷:37
引用:2
難度:0.5
解析
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