时间:2020-08-15 23:03:37
1、简答题 回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近（缝隙的宽度远小于盒半径），分别和高频交流电源相连接，使带电粒子每通过缝隙时恰好在最大电压下被加速．两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面，带电粒子在磁场中做圆周运动，粒子通过两盒的缝隙时反复被加速，直到最大圆周半径时通过特殊装置被引出．若D形盒半径为R，所加磁场的磁感应强度为B．设两D形盒之间所加的交流电压的最大值为U，被加速的粒子为α粒子，其质量为m、电量为q．α粒子从D形盒中央开始被加速（初动能可以忽略），经若干次加速后，α粒子从D形盒边缘被引出．求：
（1）α粒子被加速后获得的最大动能Ek；
（2）α粒子在第n次加速后进入一个D形盒中的回旋半径与紧接着第n+1次加速后进入另一个D形盒后的回旋半径之比；
（3）α粒子在回旋加速器中运动的时间；
（4）若使用此回旋加速器加速氘核，要想使氘核获得与α粒子相同的动能，请你通过分析，提出一个简单可行的办法．
参考答案：（1）α粒子在D形盒内做圆周运动，轨道半径达到最大时被引出，具有最大动能．设此时的速度为v，有?qvB=mv2R?
可得v=qBRm
α粒子的最大动能Ek=12mv2=q2B2R22m?
（2）α粒子被加速一次所获得的能量为qU，α粒子被第n次和n+1次加速后的动能分别为
EKn=12mvn2=q2B2Rn22m=nqU?
?EKn+1=12mvn+12=q2B2Rn+122m=(n+1)qU?
可得 ?RnRn+1=
本题解析：
本题难度：一般
2、选择题 如图15-5-20所示，有a、b、c、d四个离子，它们带同种电荷且电荷量相等，它们的速率关系为va＜vb=vc＜vd，质量关系为ma=mb＜mc=md.进入速度选择器后，有两种离子从速度选择器中射出，由此可以判定(? )
图15-5-20
A．射向P1的是a粒子
B．射向P2的是b粒子
C．射向A1的是c粒子
D．射向A2的是d粒子
参考答案：A
本题解析：粒子在速度选择器中若满足qvB=qE,即v=E/B,则粒子可从中射出.由通过速度选择器的粒子速度相等可知，应是b、c，由r=
知rc＞rb，所以射向A2的是c粒子，射向A1的是b粒子.又由于va＜vd，a粒子所受洛伦兹力小于电场力,故射向P1的是a粒子.
本题难度：简单
3、选择题 1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是
[? ]
A．该束带电粒子带负电
B．速度选择器的P1极板带正电
C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大
D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷q/m越小
参考答案：BD
本题解析：
本题难度：一般
4、选择题 质谱仪的工作原理如图所示，带电粒子被加速电场加速后进入速度选择器，速度选择器的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B1和E．粒子从狭缝S射出后进入磁感应强度为B2的匀强磁场，最后打在照相底片上．下列关于质谱仪的说法正确的是（ ）
A．速度选择器中的电场方向应该是指向左方的
B．因为速度选择器本身并不选择电性，所以不能确定图示中的带电粒子的正负
C．质谱仪是分析同位素的重要工具，粒子打在底片上距离狭缝越近，它的比荷越小
D．若粒子打在底片上的位置与狭缝的距离为L，则该粒子的比荷为2E/B1B2L
参考答案：D
本题解析：
本题难度：一般
5、选择题 回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的D型金属盒半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为f、电压大小恒为U，若中心粒子源放射出的质子质量为m，电量为+e，从静止开始在加速器中被加速．不考虑相对论效应和重力作用，则下列说法正确有
A．若该加速器能实现对质子的加速，则上述物理量必须满足
B．若该加速器能实现对质子的加速，则上述物理量必须满足
C．质子最终由加速器加速获得的最大速度随电压U的增大而增大
D．质子最终由加速器加速获得的最大速度随磁感应强度B的增大而增大
参考答案：AD
本题解析：要实现对质子的加速，高频交流电的频率为f与质子在匀强磁场中作匀速圆周 的频率，，A正确、B错误；质子最终由加速器加速获得的最大速度v=
，与U无关，C错误、D正确。
考点：回旋加速器的工作原理
本题难度：一般