（江苏专版）2018年高考物理第二轮复习 第14讲 磁场三难之回旋加速器课后练习

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1、第14讲磁场三难之回旋加速器题一：如图所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别与高频交流电源连接，带电粒子每次通过两盒之间的窄缝时都能被加速；将两盒置于匀强磁场中，磁场方向垂直盒底面，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，当其做圆周运动的轨迹半径达到最大时被引出。忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列说法中正确的是（）A．加速电压越大，粒子被引出时获得的动能就越大B．因粒子每次通过窄缝时都被加速，由知粒子在磁场中运动的周期变小C．加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大D．增大磁感应强度B或增大D形盒面积都能使粒子的最大动能增大题二：1930年劳伦斯制成了世界上第一

2、台回旋加速器，其核心部分由分别与高频电源的两极相连接的两个铜质D形盒D1、D2构成，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，粒子每次通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，则下列说法中正确的是（）A．增大狭缝间的加速电压，可增大带电粒子射出时的动能B．改变狭缝间的加速电压，可改变带电粒子在磁场中运动的周期C．改变磁场的磁感应强度，不影响带电粒子射出时的动能D．用同一回旋加速器不能同时加速质子()和氚核()题三：如图所示为回旋加速器的工作原理示意图，D形金属盒置于真空中，半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度大小为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为

3、f，加速电压为U，若中心粒子源处产生的初速度为零的质子（质量为m，电荷量为＋e）在加速器中被加速。不考虑相对论效应，则下列说法正确的是（）A．加速的粒子获得的最大动能随加速电压U的增大而增大B．不改变磁感应强度B和交流电的频率f，该加速器一定可加速其他带正电荷的粒子C．质子被加速后的最大速度不能超过2πRfD．质子第二次和第一次经过狭缝后的轨道半径之比为2∶1题四：如图所示为一种回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连，现分别加速氘核（）和氦核（），下列判断中正确的是（）A．它们在D形盒中运动的周期不相同B．仅增大高频电源的频率可增大粒子的

4、最大动能C．它们的最大动能相同D．它们的最大速度相同题五：回旋加速器的工作原理如图1所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m、电荷量为＋q，加在狭缝间的交变电压如图2所示，电压值的大小为U0，周期。一束该种粒子在0~时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度视为零。现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用。求：（1）出射粒子的动能Em；（2）粒子从飘入狭缝至动能达到Em所需的总时间t0；（3）要使飘入狭缝的粒子中有超过99%能射出，d应满足的条件。题六：如图所示是回旋

5、加速器的工作原理图，D1和D2是两个中空的半径为R的半圆形金属盒，两盒之间的距离为d，它们之间有大小恒定的电势差U。A处的粒子源产生的带电粒子在两盒之间被电场加速，两半圆盒处于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动，经过半个圆周之后，粒子再次到达两盒的缝隙时，两盒之间的电势差恰好改变正负，于是粒子再一次被加速……如此往复，粒子的速度就能够增加到很大。求粒子在电场中加速的总时间t1与粒子在D形盒中回旋的总时间t2的比值。（假设粒子在电场中的加速次数等于在磁场中回旋半周的次数，不计粒子从粒子源A进入加速电场时的初速度）题七：1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋

6、加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点，解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，图乙为俯视图。回旋加速器的核心部分为D形盒，D形盒装在真空容器中，整个装置放在电磁铁两极之间的磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与D形盒盒面垂直。两盒间狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。质子从粒子源A处进入加速电场的初速度不计，从静止开始加速到出口处所需的时间为t。已知磁场的磁感应强度为B，质子质量为m、电荷量为＋q，加速器接一定频率的高频交流电源，其电压为U。不考虑相对论效应和重力作用。求：（1）质子第1次被加速后进入D形盒运动

7、的轨道半径r1；（2）D形盒半径R。（3）试推理说明：质子在回旋加速器中运动时，随轨道半径r的增大，同一盒中相邻轨道半径之差是增大、减小还是不变？题八：如图所示为一回旋加速器的示意图，其核心部分为处于匀强磁场中的D形盒，两D形盒之间接交流电源，并留有窄缝，离子在窄缝间的运动时间忽略不计。已知D形盒的半径为R，在D1部分的中央A处放有离子源，离子带正电，质量为m，电荷量为q，初速度不计。若磁感应强度的大小为B，