Question

17．勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)的回旋加速器工作原理如圖所示，置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可忽略，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U．若A處粒子源產(chǎn)生的氫原子核質(zhì)量為m、電荷量為+q，在加速器中被加速，且加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響，則下列說(shuō)法正確的是（　　）

• A． 氫原子核被加速后的最大速度不可能超過(guò)2πRf
• B． 氫原子核離開(kāi)回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比
• C． 氫原子核離開(kāi)回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與交流電周期T成正比
• D． 氫原子核第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為$1：\sqrt{2}$

Answer 1

分析 回旋加速器運(yùn)用電場(chǎng)加速磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)來(lái)加速粒子，根據(jù)洛倫茲力提供向心力可以求出粒子的最大速度，從而求出最大動(dòng)能．在加速粒子的過(guò)程中，電場(chǎng)的變化周期與粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期相等．

解答 解：A、質(zhì)子出回旋加速器的速度最大，此時(shí)的半徑為R，則v=$\frac{2πR}{T}$=2πRf．所以最大速度不超過(guò)2πfR．故A正確．
B、根據(jù)qvB=m$\frac{{v}^{2}}{R}$，知v=$\frac{qBR}{m}$，則最大動(dòng)能E_Km=$\frac{1}{2}$mv²=$\frac{{q}^{2}{B}^{2}{R}^{2}}{2m}$．與加速的電壓無(wú)關(guān)．故B錯(cuò)誤．
C、根據(jù)qvB=m$\frac{{v}^{2}}{R}$，知v=$\frac{qBR}{m}$，則最大動(dòng)能E_Km=$\frac{1}{2}$mv²=$\frac{{q}^{2}{B}^{2}{R}^{2}}{2m}$．與周期無(wú)關(guān)．故C錯(cuò)誤．
D、粒子在加速電場(chǎng)中做勻加速運(yùn)動(dòng)，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)v=$\sqrt{2ax}$ 知，質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)D形盒狹縫的速度比為$\sqrt{2}$：1，根據(jù)r=$\frac{mv}{qB}$，則半徑比為$\sqrt{2}$：1．故D錯(cuò)誤．
故選：A．

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道回旋加速器電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用，知道最大動(dòng)能與什么因素有關(guān)，以及知道粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期與電場(chǎng)的變化的周期相等．