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2022-2023學年北京市101中學高二(上)期末物理試卷
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試題詳情
粒子加速器可以用人工方法使帶電粒子獲得很大速度和能量。如圖是回旋加速器的結構示意圖,D
1
和D
2
是兩個中空的半徑為R的半圓型金屬盒,兩盒之間留有窄縫,它們之間接一定頻率的交流電。兩個金屬盒處于與盒面垂直的勻強磁場中,磁感應強度為B。D
1
盒的中央A處的粒子源可以產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為+e的質(zhì)子(
1
1
H)。質(zhì)子在兩盒之間被電場加速,之后進入磁場后做勻速圓周運動。經(jīng)過若干次加速后,將質(zhì)子從金屬盒邊緣引出。設該粒子在交變電場中運動時電壓大小始終為U,不考慮粒子離開A處時的速度、粒子重力、粒子間的相互作用及相對論效應。
(1)求質(zhì)子被引出時的動能E
k
;
(2)求質(zhì)子被電場加速的次數(shù)n,以及交流電的頻率f;
(3)若用該加速器加速α粒子(
4
2
He,質(zhì)量為4m,電荷量為+2e),并且獲得和質(zhì)子相同的動能,則該加速器需要調(diào)整哪些參數(shù),并分析說明該如何調(diào)整。
【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:261
引用:1
難度:0.6
相似題
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( ?。?/h2>
A.只增大金屬盒的半徑,帶電粒子離開加速器的動能不變
B.只增大磁場的磁感應強度,接交流電源的周期變大
C.只增大狹縫間的加速電壓,帶電粒子離開加速器時的動能增大
D.只增大狹縫間的加速電壓,帶電粒子在加速器中運動的時間變小
發(fā)布:2024/9/14 4:0:8
組卷:30
引用:3
難度:0.5
解析
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和相對論效應。求:
(1)磁感應強度的方向,并求出可能的磁感應強度B的最小值;
(2)若磁感應強度
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。
發(fā)布:2024/9/21 2:0:8
組卷:33
引用:2
難度:0.3
解析
3.
小明受到回旋加速器的啟發(fā),設計了如圖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=y
0
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,試分別討論當粒子初動能E
k0
如為以下兩種情況時①E
k0
>2qU
0
,②qU
0
<E
k0
<2qU
0
,粒子發(fā)射源的位置x與被探測到的位置y之間的關系,并畫出粒子的運動軌跡示意圖。(注意:E
k0
不是已知量,結果用x、y、B、q、m、U
0
來表示)
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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