Question

回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示．設(shè)D形盒半徑為R．若用回旋加速器加速質(zhì)子時(shí)，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，高頻交流電頻率為f．則下列說法正確的是（　　）

A．只要R足夠大，質(zhì)子的速度可以被加速到任意值

B．質(zhì)子被加速后的最大速度可以超過2πtR

C．質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小無關(guān)

D．不改變B和f，該回旋加速器也能用于加速a粒子

Answer 1

分析：粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)，洛倫茲力提供向心力，滿足qvB=m

v2

r

運(yùn)動(dòng)周期T=

2πr

v

=

2πm

qB

（電場中加速時(shí)間忽略不計(jì)）．對公式進(jìn)行簡單推導(dǎo)后，便可解此題．

解答：解：A、考慮到狹義相對論，任何物體速度不可能超過光速，故A錯(cuò)誤；
B、T=

2πr

v

得：v=2πrf當(dāng)r=R時(shí)，v最大，此v=2πfR，不會(huì)超過此值，故B錯(cuò)誤；
C、qvB=m

v2

r

得：v=

qBr

m

當(dāng)r=R時(shí)，v最大，v=

qBR

m

由此可知質(zhì)子的最大速度只與粒子本身的荷質(zhì)比，加速器半徑，和磁場大小有關(guān)，故C正確；
D、此加速器加速電場周期T=

2πm

qB

加速α粒子時(shí)T=

4πm

qB

兩個(gè)周期不同，不能加速α粒子．故D錯(cuò)誤；
故選：C．

點(diǎn)評：理解回旋加速器工作原理，熟練運(yùn)用相關(guān)公式，便可解出此題．