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加速器在核物理和粒子物理研究中發(fā)揮著巨大作用,回旋加速器是其中的一種。如圖1為回旋加速器的工作原理圖。D1和D2是兩個中空的半圓金屬盒,分別和一高頻交流電源兩極相連。兩盒處于磁感應(yīng)強度為B的勻強磁場中,磁場方向垂直于盒面,在位于D1盒圓心附近的A處有一個粒子源,產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為+q的帶電粒子。不計粒子的初速度、重力和粒子通過兩盒間的縫隙的時間,加速過程中不考慮相對論效應(yīng)。
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(1)若已知半圓金屬盒的半徑為R,請計算粒子離開加速器時獲得的最大動能Ekm;
(2)若帶電粒子束從回旋加速器輸出時形成的等效電流為I,求從回旋加速器輸出的帶電粒子的平均功率
P

(3)某同學(xué)在分析帶電粒子運動軌跡時,畫出了如圖2所示的軌跡圖,他認為兩個D形盒中粒子加速前后相鄰軌跡間距Δd是相等的。請通過計算分析該軌跡是否合理?若不合理,請描述合理的軌跡其間距會有怎樣的變化趨勢。
【考點】回旋加速器
【答案】見試題解答內(nèi)容
【解答】
【點評】
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發(fā)布:2024/4/20 14:35:0組卷:115引用:1難度:0.4
相似題
  • 菁優(yōu)網(wǎng)1.回旋加速器是一種加速帶電粒子的裝置,其核心部分是分別與高頻電源的兩極相連接的兩個D形金屬盒,兩盒間的狹縫中有周期性變化的電場,使粒子在通過狹縫時都能得到加速,兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強磁場中,如圖所示。下列說法中正確的是( ?。?/div>
    發(fā)布:2024/9/14 4:0:8組卷:30引用:3難度:0.5
  • 2.如俯視圖a所示,為改進后的回旋加速器的原理圖,圖中粗黑線段為兩個正對的極板,其間存在勻強電場,兩極板間電勢差為U。兩個極板的板面中部各有一寬度為d的狹縫(沿OP方向的狹長區(qū)域),帶電粒子可通過狹縫穿越極板(見圖b);兩細虛線間(除開兩極板之間的區(qū)域)既無電場也無磁場;其它部分存在勻強磁場,磁感應(yīng)強度方向垂直于紙面。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,由靜止開始被電場加速,經(jīng)狹縫中的O點進入磁場區(qū)域,O點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點射入磁場區(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)和相對論效應(yīng)。求:
    (1)磁感應(yīng)強度的方向,并求出可能的磁感應(yīng)強度B的最小值;
    (2)若磁感應(yīng)強度
    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)的時間。
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    發(fā)布:2024/9/21 2:0:8組卷:33引用:2難度:0.3
  • 3.小明受到回旋加速器的啟發(fā),設(shè)計了如圖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U0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)強度大小均為B、方向相反的勻強磁場,粒子探測器位于y軸處,僅能探測到垂直射入的帶電粒子。有一沿x軸可以移動、粒子出射初動能可調(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,粒子在電場中運動的時間不計。
    (1)若粒子只經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)并在y=y0處被探測到,求發(fā)射源的位置和粒子的初動能;
    (2)若粒子兩次進出電場區(qū)域后被探測到,試分別討論當(dāng)粒子初動能Ek0如為以下兩種情況時①Ek0>2qU0,②qU0<Ek0<2qU0,粒子發(fā)射源的位置x與被探測到的位置y之間的關(guān)系,并畫出粒子的運動軌跡示意圖。(注意:Ek0不是已知量,結(jié)果用x、y、B、q、m、U0來表示)
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    發(fā)布:2024/9/24 6:0:8組卷:37引用:2難度:0.5
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