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高中物理知识点大全《质谱仪》试题巩固（2017年最新版）(十)
参考答案：BC 本题解析：在加速器D形盒中两个区域磁场强度相同，粒子在D1中运动的周期与D2中的周期相同（ 本题难度：一般 2、选择题 用来加速带电粒子的回旋加速器，其核心部分是两个D形金属盒．在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是．（ ） |
参考答案：BC
本题解析：
本题难度：一般
3、简答题 回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，离子源置于盒的圆心附近，若离子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rmax，其运动轨迹如图所示，问：
（1）盒内有无电场？
（2）粒子在盒内做何种运动？
（3）粒子离开加速器时速度为多大，最大动能为多少？
参考答案：（1）加速器由D形盒盒间缝隙组成，盒间缝隙对粒子加速有有电场，D形盒起到让粒子旋转再次通过盒间缝隙进行加速，
? 要做匀速圆周运动，没有电场．? 则有电场只存在于两盒之间，而盒内无电场
? （2）粒子在磁场中只受洛伦兹力作用，洛伦兹力始终与速度垂直，粒子做匀速圆周运动
? （3）粒子速度增加则半径增加，当轨道半径达到最大半径时速度最大
? ?由R=mvBq? 得Vmax=BqRmaxm
? 则其最大动能为：Ekmax=12mv2max=B2q2R2max2m
答：（1）盒内无电场．
?（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动
?（3）最大速度为Vmax=BqRmaxm，最大动能为：Ekmax=12mv2max=B2q2R2max2m
本题解析：
本题难度：一般
4、简答题 回旋加速器的D形盒半径为R=0.60m，两盒间距为d=0.01cm，用它来加速质子时可使每个质子获得的最大能量为4.0MeV，加速电压为u=2.0×104?V，求：
（1）该加速器中偏转磁场的磁感应强度B．
（2）质子在D形盒中运动的时间．
（3）在整个加速过程中，质子在电场中运动的总时间．（已知质子的质量为m=1.67×10-27?kg，质子的带电量e=1.60×10-19?C）
参考答案：（1）根据qvB=mv2R，解得v=qBRm．
则质子的最大动能Ek=12mv2=q2B2R22m
则B=
本题解析：
本题难度：一般
5、计算题 （14分）1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点，解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。某型号的回旋加速器的工作原理如图（甲）所示，图（乙）为俯视图。回旋加速器的核心部分为两个D形盒，分别为D1、D2。D形盒装在真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与D形盒底面垂直。两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B。设质子从粒子源A处进入加速电场的初速度不计。质子质量为m、电荷量为+q。加速器接入一定频率的高频交变电源，加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。
?
（1）求质子第1次经过狭缝被加速后进人D2盒时的速度大小v1；
（2）求质子第1次经过狭缝被加速后进人D2盒后运动的轨道半径r1；
（3）求质子从静止开始加速到出口处所需的时间t。
参考答案：（1）
（2）
（3）
本题解析：（1）根据动能定理可得： 
?（2分）
解得?（1分）
（2）运动过程中洛伦兹力充当向心力，所以
?（3分）
解得?（1分）
（3）设质子从静止开始加速到出口处被加速了n圈，质子在出口处的速度为v
根据动能定理可得：
?（2分）
又知道
，
解得
?（3分）
因为
?（1分）
得：?（1分）
本题难度：一般
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），故A错误；在两个D形盒D1、D2之间加有周期性变化的电场，使粒子可以在电场力的作用下不断加速，故BC正确；粒子在磁场中所受洛伦兹力始终与粒子运动方向垂直，洛伦兹力不做功，故D错误。