【題目】1932 年美國物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地利用帶電粒子在磁場中的運(yùn)動特點(diǎn)，解決了粒子的加速問題�，F(xiàn)在回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)設(shè)備中。某型號的回旋加速器的工作原理如圖甲所示，圖乙為俯視圖。回旋加速器的核心部分為兩個 D 形盒，分別為 D1、D2。D 形盒裝在真空容器里，整個裝置放在巨大的電磁鐵兩極之間的強(qiáng)大磁場中，磁場可以認(rèn)為是勻強(qiáng)磁場，且與 D 形盒

底面垂直。兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計(jì)。D 形盒的半徑為 R，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)

度為 B。設(shè)質(zhì)子從粒子源 A 處進(jìn)入加速電場的初速度不計(jì)。質(zhì)子質(zhì)量為 m、電荷量為+q。加速器接入一定頻率的高頻交變電源，加速電壓為 U。加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力作用。求：

（1）質(zhì)子第一次經(jīng)過狹縫被加速后進(jìn)入 D2 盒時的速度大小 v1 和進(jìn)入 D2 盒后運(yùn)動的軌道半徑 r1；

（2）質(zhì)子被加速后獲得的最大動能 Ek 和交變電壓的頻率 f；

（3）若兩 D 形盒狹縫之間距離為 d，且 d<<R。計(jì)算質(zhì)子在電場中運(yùn)動的總時間 t1 與在磁場中運(yùn)動總時間 t2，并由此說明質(zhì)子穿過電場時間可以忽略不計(jì)的原因。

【答案】(1) ， (2) ， (3) ， ；

【解析】（1）設(shè)質(zhì)子第1此經(jīng)過狹縫被加速后的速度為v1： 解得

解得：

（2）當(dāng)粒子在磁場中運(yùn)動半徑非常接近D型盒的半徑A時，粒子的動能最大，設(shè)速度為vm，則

解得

回旋加速器正常工作時高頻交變電壓的頻率等于粒子回旋的頻率，則設(shè)粒子在磁場中運(yùn)動的周期為T,則：

則

（3）設(shè)質(zhì)子從靜止開始加速到粒子離開加速了n圈，粒子在出口處的速度為v，根據(jù)動能定理可得：

可得

粒子在夾縫中加速時，有： ，第n次通過夾縫所用的時間滿足： 將粒子每次通過夾縫所用時間累加，則有

而粒子在磁場中運(yùn)動的時間為（每圈周期相同）

可解得，因?yàn)?/span>d<<R，則 t1<<t2

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，一圓柱形絕熱氣缸豎直放置，通過絕熱活塞封閉著一定質(zhì)量的理想氣體。已知外界大氣壓強(qiáng)為p0，活塞的橫截面積為S，質(zhì)量為m= p0S/4g，與容器底部相距h，此時封閉氣體的溫度為T0，現(xiàn)在活塞上放置一質(zhì)量與活塞質(zhì)量相等的物塊，再次平衡后活塞與容器底部相距9h/10，接下來通過電熱絲緩慢加熱氣體，氣體吸收熱量Q時，活塞再次回到原初始位置。重力加速度為g，不計(jì)活塞與氣缸的摩擦。求：

(1)活塞上放置物塊再次平衡后，氣體的溫度；

(2)加熱過程中氣體的內(nèi)能增加量。

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖，一個質(zhì)量為m=2kg的小物塊靜置于足夠長的斜面底端�，F(xiàn)對其施加一個沿斜面向上、大小為F=25N的恒力，3s后將F撤去，此時物塊速度達(dá)到15m/s。設(shè)物塊運(yùn)動過程中所受摩擦力的大小不變，取g=10m/s2。求：

（1）物塊所受摩擦力的大小；

（2）物塊在斜面上運(yùn)動離斜面底端的最遠(yuǎn)距離；

（3）物塊在斜面上運(yùn)動的總時間。

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，有一光滑的導(dǎo)熱性能良好的活塞C將容器分成A、B兩室，A室體積為V0，B室的體積是A室的兩倍，A、B兩室分別放有一定質(zhì)量的理想氣體．A室上連有一U形管（U形管內(nèi)氣體的體積忽略不計(jì)），當(dāng)兩邊水銀柱高度為19cm時，兩室氣體的溫度均為T1=300K．若氣體的溫度緩慢變化，當(dāng)U形管兩邊水銀柱等高時，（外界大氣壓等于76cm汞柱）求：

①此時氣體的溫度為多少？

②在這個過程中B氣體的內(nèi)能如何變化？從外界吸熱還是放熱？（不需說明理由）

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示是某種頻率的光常溫下從真空向介質(zhì)入射時幾種介質(zhì)對真空的折射率，由表中數(shù)據(jù)結(jié)合相關(guān)知識可以知道

A. 這種光在玻璃中的速度大于在水中的速度

B. 這種頻率的光用同一裝置在水中進(jìn)行雙縫干涉實(shí)驗(yàn)觀測的條紋間距大于在空氣中觀測的條紋間距

C. 光密介質(zhì)的密度一定大于光疏介質(zhì)密度

D. 這種頻率的光從水晶射入空氣比從水射入空氣更容易發(fā)生全反射

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示的x－t和v－t圖象中，給出的四條圖線1、2、3、4代表四個不同物體的運(yùn)動情況。下列描述正確的是(　　)

A. 圖線1表示物體做曲線運(yùn)動

B. x－t圖象中t1時刻v1>v2

C. v－t圖象中0至t3時間內(nèi)3物體和4物體的平均速度大小相等

D. 圖線2和圖線4中，t2、t4時刻都表示物體開始反向運(yùn)動

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】某同學(xué)設(shè)計(jì)了一個驗(yàn)證平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)，裝置如圖所示．系著小物體m1、m2的細(xì)線繞過光滑小滑輪與系著小物體m3的細(xì)線連接在O點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到平衡時繞過滑輪的兩細(xì)線與豎直方向夾角分別為37°和53°，則三個小物體的質(zhì)量之比m1∶m2∶m3為(sin 37°＝0.6，sin 53°＝0.8)(　　)

A. 3∶4∶5 B. 4∶3∶5

C. 4∶5∶3 D. 3∶5∶4

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】某橫波在介質(zhì)中沿x軸正方向傳播，t=0時刻，O點(diǎn)開始向正方向運(yùn)動，經(jīng)t=0.2s，O點(diǎn)第一次到達(dá)正方向最大位移處，某時刻形成的波形如圖所示，下列說法正確的是 （____）

A．該橫波的波速為5m/s

B．質(zhì)點(diǎn)L與質(zhì)點(diǎn)N都運(yùn)動起來后，它們的運(yùn)動方向總相反

C．在0.2s的時間內(nèi)質(zhì)點(diǎn)M通過的路程為1m

D．在t=2.6s時刻，質(zhì)點(diǎn)M處于平衡位置，正沿y軸負(fù)方向運(yùn)動

E．圖示波形圖可能是t=1.2s時刻的．

查看答案和解析>>

科目：高中物理 來源： 題型：

【題目】如圖所示，在平面直角坐標(biāo)系中，第三象限里有一加速電場，一個電荷量為q、質(zhì)量為m的帶正電粒子(不計(jì)重力)，從靜止開始經(jīng)加速電場加速后，垂直x軸從A（-4L，0）點(diǎn)進(jìn)入第二象限，在第二象限的區(qū)域內(nèi)，存在著指向O點(diǎn)的均勻輻射狀電場，距O點(diǎn)4L處的電場強(qiáng)度大小均為E= ，粒子恰好能垂直y軸從C（0，4L）點(diǎn)進(jìn)入第一象限，如圖所示，在第一象限中有兩個全等的直角三角形區(qū)域I和Ⅱ，充滿了方向均垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場，區(qū)域I的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，區(qū)域Ⅱ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào)，D點(diǎn)坐標(biāo)為（3L，4L），M點(diǎn)為CP的中點(diǎn)。粒子運(yùn)動軌跡與磁場區(qū)域相切時認(rèn)為粒子能再次進(jìn)入磁場.從磁場區(qū)域I進(jìn)入第二象限的粒子可以被吸收掉。求

（1）加速電場的電壓U；

（2）若粒子恰好不能從OC邊射出，求區(qū)域Ⅱ磁感應(yīng)強(qiáng)度大��；

（3）若粒子能到達(dá)M點(diǎn)，求區(qū)域Ⅱ磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小的所有可能值。

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案