回旋加速器D形盒的半徑為r，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一個(gè)質(zhì)量了m、電荷量為q的粒子在加速器的中央從速度為零開始加速。

（1）求該回旋加速器所加交變電場(chǎng)的頻率；
（2）求粒子離開回旋加速器時(shí)獲得的動(dòng)能；
（3）有同學(xué)想自利用該回旋加速器直接對(duì)質(zhì)量為m、電量為2q的粒子加速。能行嗎？行，說明理由；不行，提出改進(jìn)方案.
(1)        (2)    (3)不行，方法一：改變交流電的頻率改為原來的2倍
方法二：改變磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度改為原來的一半   

試題分析：(1)帶電粒子在回旋加速器中要實(shí)驗(yàn)回旋加速要求D形盒間電場(chǎng)的變化周期等于粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期，即，所以   （4分）
(2)當(dāng)粒子的軌道半徑增大到等于D形盒半徑時(shí)，粒子將飛出加速器，此時(shí)速度最大，所以當(dāng)帶電粒子離開回旋加速器時(shí)：           
所以      （4分）
(3) 質(zhì)量為m、電量為2q的粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期與盒間電場(chǎng)變化的周期不同，所以不能用該回旋加速器直接對(duì)質(zhì)量為m、電量為2q的粒子加速。改進(jìn)方案：
方法一:改變交流電的頻率改為原來的2倍
方法二:改變磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度改為原來的一半        （4分）
(說出一種方法即可)
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源：不詳 題型：問答題

在平面直角坐標(biāo)系的第一象限內(nèi)存在一有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，該磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B=0.1T，方向垂直于xOy平面向里，在坐標(biāo)原點(diǎn)O處有一正離子放射源，放射出的正離子的比荷都為
q
m
=1×106C/kg，且速度方向與磁場(chǎng)方向垂直．若各離子間的相互作用和離子的重力都可以忽略不計(jì)．
（1）如圖甲所示，若第一象限存在直角三角形AOC的有界磁場(chǎng)，∠OAC=30°，AO邊的長(zhǎng)度l=0.3m，正離子從O點(diǎn)沿x軸正方向以某一速度射入，要使離子恰好能從AC邊射出，求離子的速度大小及離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間．
（2）如圖乙所示，若第一象限存在一未知位置的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，正離子放射源放射出不同速度的離子，所有正離子入射磁場(chǎng)的方向均沿x軸正方向，且最大速度vm=4.0×104m/s，為保證所有離子離開磁場(chǎng)的時(shí)候，速度方向都沿y軸正方向，試求磁場(chǎng)的最小面積，并在圖乙中畫出它的形狀．

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

回旋加速器在核科學(xué)、核技術(shù)、核醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，有力地推動(dòng)了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展．回旋加速器的工作原理如圖所示，置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時(shí)間可以忽略不計(jì)。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直。A處粒子源產(chǎn)生的粒子，質(zhì)量為m、電荷量為+q ，在加速器中被加速，設(shè)粒子初速度為零，加速電壓為U ，加速過程中不考慮重力作用和相對(duì)論效應(yīng)。下列說法正確的是
A．粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)時(shí)，隨軌道半徑r的增大，盒中相鄰軌道的半徑之差減小
B．粒子從靜止開始加速到出口處所需的時(shí)間約為
C．粒子能獲得的最大動(dòng)能跟加速器磁感應(yīng)強(qiáng)度無關(guān)
D．加速電壓越大粒子能獲得的最大動(dòng)能越大

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：計(jì)算題

（10分）有一種質(zhì)譜儀的工作原理圖如圖所示。靜電分析器是四分之一圓弧的管腔，內(nèi)有沿圓弧半徑方向指向圓心O1的電場(chǎng)，且與圓心O1等距各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等。磁分析器中以O(shè)2為圓心、圓心角為90°的扇形區(qū)域內(nèi)，分布著方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其左邊界與靜電分析器的右邊界平行。由離子源發(fā)出一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子（初速度為零，重力不計(jì)），經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，從M點(diǎn)沿垂直于該點(diǎn)的電場(chǎng)方向進(jìn)入靜電分析器，在靜電分析器中，離子沿半徑為R的四分之一圓弧做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，并從N點(diǎn)射出靜電分析器。而后離子由P點(diǎn)射入磁分析器中，最后離子沿垂直于磁分析器下邊界的方向從Q點(diǎn)射出，并進(jìn)入收集器。已知加速電場(chǎng)的電壓為U，磁分析器中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。

（1）請(qǐng)判斷磁分析器中磁場(chǎng)的方向；
（2）求靜電分析器中離子運(yùn)動(dòng)軌跡處電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小；
（3）求磁分析器中Q點(diǎn)與圓心O2的距離d。

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

如圖，甲圖是回旋加速器的原理示意圖。其核心部分是兩個(gè)D型金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中（磁感應(yīng)強(qiáng)度大小恒定），并分別與高頻電源相連。加速時(shí)某帶電粒子的動(dòng)能EK隨時(shí)間t變化規(guī)律如乙圖所示，若忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，則下列判斷正確的是 (     ) 
A．高頻電源的變化周期應(yīng)該等于tn－tn-2
B．在EK-t圖象中t4－t3＝t3－t2＝t2－t1
C．粒子加速次數(shù)越多，粒子獲得的最大動(dòng)能一定越大
D．不同粒子獲得的最大動(dòng)能都相同

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其主體部分是兩個(gè)D形金屬盒．兩金屬盒處在垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，a、b分別與高頻交流電源兩極相連接，下列說法正確的是
A．離子從磁場(chǎng)中獲得能量
B．離子從電場(chǎng)中獲得能量
C．帶電粒子的運(yùn)動(dòng)周期是變化的
D．增大金屬盒的半徑可使粒子射出時(shí)的動(dòng)能增加

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

回旋加速器是利用較低電壓的高頻電源，使粒子經(jīng)多次加速獲得巨大速度的一種儀器，工作原理如圖。下列說法正確的是(   )
A．粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)
B．粒子由A0運(yùn)動(dòng)到A1比粒子由A2運(yùn)動(dòng)到A3所用時(shí)間少
C．粒子的軌道半徑與它被電場(chǎng)加速的次數(shù)成正比
D．粒子的運(yùn)動(dòng)周期和運(yùn)動(dòng)速率成正比

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：單選題

1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖所示．這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是(　 　)
A．電場(chǎng)用來加速帶電粒子，磁場(chǎng)則使帶電粒子回旋
B．電場(chǎng)和磁場(chǎng)同時(shí)用來加速帶電粒子
C．在交流電壓一定的條件下，回旋加速器的半徑越大，則帶電粒子獲得的動(dòng)能越大
D．同一帶電粒子獲得的最大動(dòng)能只與交流電壓的大小有關(guān)，而與交流電壓的頻率無關(guān)

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科目：高中物理 來源：不詳 題型：問答題

如圖所示是一個(gè)回旋加速器的示意圖，其中兩個(gè)半圓形金屬盒內(nèi)有方向垂直于紙面，磁感強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，兩金屬盒分別接到交變電源的兩極上，在兩盒間的狹縫處形成交變的電場(chǎng)．質(zhì)量為m、電量為q的帶電粒子從下面盒的中心O點(diǎn)進(jìn)入，進(jìn)入時(shí)的初速可以忽略，經(jīng)兩盒間狹縫處的電場(chǎng)加速后進(jìn)入上面盒內(nèi)，在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它回到狹縫處時(shí)，電場(chǎng)恰好反向，再次對(duì)粒子加速，進(jìn)入下面磁場(chǎng)中，從c1處再進(jìn)入電場(chǎng)中加速，以后則重復(fù)前面的過程，并且每次電場(chǎng)對(duì)粒子做的功都是W．圖中c2、c3、……是后面各次從下面磁場(chǎng)中射出時(shí)的位置．

(1)求Oc1的距離．
(2)n為多大時(shí)，cncn+1小于或等于Oc1的一半？
 

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