（14分）1932年美國物理學家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地利用帶電粒子在磁場中的運動特點，解決了粒子的加速問題�，F(xiàn)在回旋加速器被廣泛應用于科學研究和醫(yī)學設備中。某型號的回旋加速器的工作原理如圖（甲）所示，圖（乙）為俯視圖。回旋加速器的核心部分為兩個D形盒，分別為D1、D2。D形盒裝在真空容器里，整個裝置放在巨大的電磁鐵兩極之間的強大磁場中，磁場可以認為是勻強磁場，且與D形盒底面垂直。兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計。D形盒的半徑為R，磁場的磁感應強度為B。設質子從粒子源A處進入加速電場的初速度不計。質子質量為m、電荷量為+q。加速器接入一定頻率的高頻交變電源，加速電壓為U。加速過程中不考慮相對論效應和重力作用。
 
（1）求質子第1次經(jīng)過狹縫被加速后進人D2盒時的速度大小v1；
（2）求質子第1次經(jīng)過狹縫被加速后進人D2盒后運動的軌道半徑r1；
（3）求質子從靜止開始加速到出口處所需的時間t。

（1）（2）（3）

解析試題分析：（1）根據(jù)動能定理可得：             （2分）
解得           （1分）
（2）運動過程中洛倫茲力充當向心力，所以           （3分）
解得         （1分）
（3）設質子從靜止開始加速到出口處被加速了n圈，質子在出口處的速度為v
根據(jù)動能定理可得：           （2分）
又知道，
解得         （3分）
因為          （1分）
得：         （1分）
考點：考查了回旋加速器的綜合應用

練習冊系列答案
相關習題

科目：高中物理 來源： 題型：計算題

（18分）如圖（a）所示，平行金屬板和間的距離為，現(xiàn)在、板上加上如圖（b）所示的方波形電壓，=0時板比板的電勢高，電壓的正向值為，反向值也為，現(xiàn)有由質量為的帶正電且電荷量為的粒子組成的粒子束，從的中點以平行于金屬板方向的速度不斷射入，所有粒子不會撞到金屬板且在間的飛行時間均為，不計重力影響。試求：

（1）粒子射出電場時的速度大小及方向；
（2）粒子打出電場時位置離點的距離范圍；
（3）若要使打出電場的粒子經(jīng)某一垂直紙面的圓形區(qū)域勻強磁場偏轉后，都能到達圓形磁場邊界的同一個點，而便于再收集，則磁場區(qū)域的最小半徑和相應的磁感強度是多大？

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

（8分）如圖，勻強磁場的磁感應強度方向豎直向上，一傾角為α的光滑斜面上靜止一根長為L、重力為G、通有電流I的金屬棒。求：

（1）勻強磁場的磁感應強度大��；
（2）導體棒對斜面的壓力大小。

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

(9分) 如圖所示，在傾角為30°的斜面OA的左側有一豎直檔板，其上有一小孔P，OP=0.5m．現(xiàn)有一質量m=4×10－20kg、電荷量q=+2×10－14C的粒子，從小孔以速度v0=3×104m/s水平射向磁感應強度B=0.2T、方向垂直紙面向外的圓形磁場區(qū)域，且在飛出磁場區(qū)域后能垂直打在OA面上，粒子重力不計．求：

（1）粒子在磁場中做圓周運動的半徑；
（2）粒子在磁場中運動的時間；
（3）圓形磁場區(qū)域的最小半徑．

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

(12分)如下圖所示，初速度為零的負離子經(jīng)電勢差為U的勻強電場加速后，從離子槍T
中水平射出，經(jīng)過一段路程后進入水平放置的距離為d的兩平行金屬板MN和PQ之間，
離子所經(jīng)空間存在著磁感應強度為B的勻強磁場．不考慮離子重力作用，離子的荷質比在什么范圍內(nèi)，離子才能打在金屬板PQ上？

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

（12分）如圖所示，在x軸的上方（y＞0的空間內(nèi)）存在著垂直于紙面向里、磁感應強度為B的勻強磁場，一個不計重力的帶正電粒子從坐標原點O處以速度v進入磁場，粒子進入磁場時的速度方向垂直于磁場且與x軸正方向成45°角，若粒子的質量為m，電量為q，求：

（1）該粒子在磁場中作圓周運動的軌道半徑；
（2）該粒子在磁場中運動的時間；
（3）該粒子射出磁場的位置坐標。

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

如圖所示，兩足夠長的平行光滑的金屬導軌MN、PQ相距為L＝1m，導軌平面與水平面夾角α＝30°，導軌電阻不計。磁感應強度為B1＝2T的勻強磁場垂直導軌平面向上，長為L＝1m的金屬棒ab垂直于MN、PQ放置在導軌上，且始終與導軌接觸良好，金屬棒的質量為m1＝2kg、電阻為R1＝1Ω。兩金屬導軌的上端連接右側電路，電路中通過導線接一對水平放置的平行金屬板，兩板間的距離和板長均為d＝0.5m，定值電阻為R2=3Ω，現(xiàn)閉合開關S并將金屬棒由靜止釋放，取g=10m/s2，求：

（1）金屬棒下滑的最大速度為多大？
（2）當金屬棒下滑達到穩(wěn)定狀態(tài)時，整個電路消耗的電功率P為多少？
（3）當金屬棒穩(wěn)定下滑時，在水平放置的平行金屬間加一垂直于紙面向里的勻強磁場B2＝3T，在下板的右端且非�？拷掳宓奈恢锰幱幸毁|量為m2＝3×10－4kg、所帶電荷量為q＝-1×10－4C的液滴以初速度v水平向左射入兩板間，該液滴可視為質點。要使帶電粒子能從金屬板間射出，初速度v應滿足什么條件？

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

（12分）  如圖所示，在第二象限內(nèi)有水平向右的勻強電場，在第一、第四象限內(nèi)分別存在勻強磁場，磁感應強度大小相等，方向如圖所示．現(xiàn)有一個帶電粒子在該平面內(nèi)從X軸上的P點，以垂直于X軸的初速度進入勻強電場，恰好經(jīng)過y軸上的Q點且與y軸成450角射出電場，再經(jīng)過一段時間又恰好垂直于X軸進入下面的磁場．已知OP之間的距離為d（不計粒子的重力）求：

（1）Q點的坐標；
（2）帶電粒子自進入電場至在磁場中第二次經(jīng)過X軸的時間．

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

（18分）如圖所示，豎直平面內(nèi)邊長為a的正方形ABCD是磁場的分界線，在正方形的四周及正方形區(qū)域內(nèi)存在方向相反、磁感應強度的大小均為B的與豎直平面垂直的勻強磁場，M、N分別是邊AD、BC的中點�，F(xiàn)有一質量為m、電荷量為q的帶正電粒子從M點沿MN方向射出，帶電粒子的重力不計。

（1）若在正方形區(qū)域內(nèi)加一與磁場方向垂直的勻強電場，恰能使以初速度v0射出的帶電粒子沿MN直線運動到N點，求所加電場的電場強度的大小和方向。
（2）為使帶電粒子從M點射出后，在正方形區(qū)域內(nèi)運動到達B點，則初速度v0應滿足什么條件?
（3）試求帶電粒子從M點到達N點所用時間的最小值，并求出此條件下粒子第一次回到M點的時間。

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