与粒子加速器有关的高考试题分类解析.pdf

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1、·《理科考试研究·综合版2013年2月1日与粒子加速器有关的高考试题分类解析江苏省兴化中学(225700)戎凯粒子加速器对科学的发展及我们的生活做出一、直线加速器过且正在做着巨大的贡献．卢瑟福于1919年利用天利用直线加速器加速带电粒子时，粒子沿着一然放射性元素放射出来的高速仅粒子流轰击氮原条近于直线的轨道运动并被逐级加速，因此当需要子实现了人类历史上的首次原子核的人工转变．之很高的能量时，加速器的直线距离会很长．后，为了进一步探索微观世界的奥秘，几十年来人们较低能量的加速器一般属于直线加速器，如阴研制和建造了各式各样的粒子加速器，其性能在不极射线管及X光

2、机等，通常使用约数千伏直流电压断提高．除了科学研究中的粒子加速器外，在生活差的一对电极板来加速带电粒子．较高能的直线加中，我们也经常跟加速器打交道，如电视和光设施速器使用在一直线上排列的电极板组合来提供加速等都是小型的粒子加速器．电场，当带电粒子接近其中一个电极板时，电极板上应用粒子加速器发现了绝大部分新的超铀元素带有相反电性的电荷以吸引带电粒子．当带电粒子和合成了上千种新的人工放射性核素，并帮助人们通过电极板时，电极板上变成带有相同电性的电荷系统深入地研究原子核的基本结构及其变化规律，以排斥推动带电粒子到下一个电极板．所以带电粒促使原子核物理学迅速发展成

3、熟起来；高能加速器子束加速时，必须小心控制每一个板上的交流电压，的发展又使人们发现了包括重子、介子、轻子和各种让每一个带电粒子束可以持续加速．当粒子接近光共振态粒子在内的几百种粒子，建立起了粒子物理速时，电场的转换速率必须变得相当高，须使用微波学．近2O多年来，加速器的应用已远远超出原子核(高频)共振腔来运作加速电场．物理和粒子物理领域，在诸如材料科学、表面物理、分子生物学、光化学等科技领域都有着重要应用．迄今世界各地建造了数以千计的粒子加速器，其中一小部分用于原子核和粒子物理的基础研究，它们继幽1续向提高能量和改善束流品质的方向发展；其余绝例1(1988

4、全国)Ⅳ个长度逐个增大的金属圆大部分都属于以应用粒子射线技术为主的“小”型筒和一个靶，它们沿轴线排列成一串，如图1所示加速器．(图中画出了部分圆筒)，各筒和靶相间地连接到频粒子加速器按其工作原理不同可分为静电加速率为，最大电压值为￡，的正弦交流电源的两端，整器、直线加速器、回旋加速器、电子感应加速器、同步个装置放在高度真空容器中，圆筒的两底面中心开回旋加速器、对撞机等．有小孔，现有一电量为q、质量为m的正离子沿轴线有关加速器的问题在高考试卷中曾多次出现，射入圆筒，并将在圆筒问及靶间的缝隙处受到电场体现了高中物理教学“从生活走向物理，从物理走力作用而加速(设

5、筒内部没有电场)，缝隙的宽度很向社会”的教育理念．高考中有关加速器的问题虽小，离子穿过缝隙的时间可以不计，已知离子进入第然无法对加速器的技术结构进行深入的考查，有些一个圆筒左端的速度为，且此时第一、第二两圆筒试题的物理情景与相对应的加速器的原理不完全相间的电势差一u2=一U，为使打在靶上的离子获同，但通过高考命题专家独具匠心的巧妙设置，试题得最大能量，各圆筒的长度应满足什么条件?并求出可以通过加速器这个平台充分考查学生对带电粒子在这种情况下打到靶子上的离子的能量．运动情况的分析能力、考查学生用所学物理知识解解题思路由于每个金属筒内的电场强度为决实际问题的能

6、力等．本文对曾在高考物理试卷中零，所以粒子在每个筒内做匀速直线运动，而粒子在出现过的四类有关加速器模型的试题分别加以解经过两个筒的间隙处时应立即得到加速，才能使粒析，请大家细细品味这些题目的精妙之处．子能量不断增大，因而粒子在每一个筒内运动的时2013年2月1日理科考试研究·综合版·49·间应为交流电周期的一半，全程对带电粒子运用动(3)实际使用中，磁感应强度和加速电场颤率能定理即可求解．都有最大值的限制．若某一加速器磁感应强度和加答案速电场频率的最大值分别为，试讨论粒子能哑获得的最大动能．．．zN=一●．，=一告，’，JHl+。rNqt／U试题点评将带电

7、粒子的运动与加速器的实例联系起来，考查学生的应用能力，这在上世纪80出口处年代的高考中是颇有新意的．该题的设问十分巧妙，要求学生求解圆筒长度满足的条件，这对考生的综合分析能力提出了较高的要求．解题过程涉及到动能定理、交流电的知识、运动学公式等，但最重要的囝2是要能读懂题意，理解该加速器的工作原理，理解离解题思路在第(3)问中，设粒子在磁场中做子的能量为什么会越来越大，为什么会有最大值．匀速圆周运动的频率为当磁感应强度取最大值实际上，命题组所提供的该题的标准答案并不时，对应的厂取，注意回旋加速器的一个基本完整，当离子穿过每个圆筒的时间只要等于÷的奇要求——应

8、等于加速电场的频率．比较／与厂m的大小即可进行讨论，当≤厂m时，磁