Question

1．回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖所示．它的核心部分是兩個D形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，兩盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場，使帶電粒子每次通過窄縫都得到加速．兩盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，帶電粒子在磁場中做圓周運動，通過兩盒間的窄縫時反復(fù)被加速，直到達(dá)到最大圓周半徑時通過特殊裝置被引出．現(xiàn)要增大粒子射出時的動能，下列所采取的方法可行的是（　　）

• A． 增大D形盒的半徑
• B． 減小磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度
• C． 減小狹縫間的距離
• D． 增大電場的加速電壓

Answer 1

分析 回旋加速器中帶電粒子在電場被加速，每通過電場，動能被增加一次；而在磁場里做勻速圓周運動，通過磁場時只改變粒子的運動方向，動能卻不變．因此帶電粒子在一次加速過程中，電場電壓越大，動能增加越大．但從D形盒中射出的動能，除與每次增加的動能外，還與加速次數(shù)有關(guān)．所以加速電壓越大，回旋次數(shù)越少，最大動能只由磁感應(yīng)強(qiáng)度和D形金屬盒的半徑?jīng)Q定

解答 解：帶電粒子從D形盒中射出時的動能  E_km=$\frac{1}{2}$mv_m² （1）
    帶電粒子在磁場中做勻速圓周運動，則圓周半徑  R=$\frac{m{v}_{m}}{qB}$   （2）
      由（1）（2）可得E_km=$\frac{{R}^{2}{q}^{2}{B}^{2}}{2m}$
  顯然，當(dāng)帶電粒子q、m一定的，則E_km∝R²B²
即E_km隨磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度B、D形金屬盒的半徑R的增大而增大，與加速電場的電壓和狹縫距離無關(guān)，故A正確
故選：A

點評 本題回旋加速器考查電磁場的綜合應(yīng)用：在電場中始終被加速，在磁場中總是勻速圓周運動．所以容易讓學(xué)生產(chǎn)生誤解：增加射出的動能由加速電壓與縫間決定．原因是帶電粒子在電場中動能被增加，而在磁場中動能不變