高考物理 100考点千题精练 专题9-11 回旋加速器.doc
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1、1 / 14【2019【2019 最新最新】精选高考物理精选高考物理 100100 考点千题精练考点千题精练 专题专题 9-119-11 回旋加速回旋加速器器一选择题1 (2018 成都三模)一种改进后的回旋加速器示意如图,宽度忽略不计的窄缝A、C 间的加速电场场强大小恒定,电场被限制在 A、C 间,与 A、C 平行的两虚线之间无电场。带电粒子从 P0 处以速度 v0 沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入 D 形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动。对这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是A.加速电场的方向需要做周期性的变化B.加速后粒子的最大速度与 D 形盒的尺寸无关C.带电粒子每运动一周被加
2、速一次D.带电粒子每运动一周直径的变化量相等,即 P1P2 等于 P2P3【参考答案】C2.(2018 洛阳一模)如图为一种改进后的回旋加速器示意图,其中盒缝间的加2 / 14速电场场强大小恒定,且被限制在 AC 板间,虚线中间不需加电场,如图所示,带电粒子从 P0 处以速度 v0 沿电场线方向射入加速电场,经加速后再进入 D 形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,对这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是( )A加速粒子的最大速度与 D 形盒的尺寸无关B带电粒子每运动一周被加速一次C带电粒子每运动一周 P1P2 等于 P2P3D加速电场方向不需要做周期性的变化【参考答案】BD【命题意图】本题考查回
3、旋加速器、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动及其相关的知识点。【知识归纳】一般的回旋加速器,带电粒子运动一周加速两次,加速电场需要做周期性变化,加速粒子的最大速度与 D 形盒的尺寸有关。3 (多选)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器,工作原理示意图如图所示。置于真空中的 D 形金属盒半径为 R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可忽略。磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直,高频交流电频率为 f,加速电压为3 / 14U。若 A 处粒子源产生的质子的质量为 m、电荷量为q,在加速器中被加速,且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。则下列说法正确的是( )A.质子被加速后的最大速度不可能超过 2
4、RfB.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压 U 成正比C.质子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之比为1D.不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f,该回旋加速器的最大动能不变【参考答案】AC4.回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用,其原理如图 7 所示。D1 和 D2 是两个中空的半圆形金属盒,置于与盒面垂直的匀强磁场中,它们接在电压为 U、周期为 T 的交流电源上。位于 D1 圆心处的质子源 A 能不断产生质子(初速度可以忽略),它们在两盒之间被电场加速。当质子被加速到最大动能 Ek 后,再将它们引出。忽略质子在电场中的运动时间,则下列说法中正确的是( )A.若只增
5、大交变电压 U,则质子的最大动能 Ek 会变大B.若只增大交变电压 U,则质子在回旋加速器中运行的时间会变短C.若只将交变电压的周期变为 2T,仍可用此装置加速质子D.质子第 n 次被加速前、后的轨道半径之比为n【参考答案】BD【名师解析】由 r可知,质子经加速后的最大速度与回旋加速器的最大半径有关,而与交变电压 U 无关,故 A 错误;增大交变电压,质子加速的次数减少,所以质子在回旋加速器中的运行时间变短,B 正确;为了使质子能在回旋加速器4 / 14中加速,质子的运动周期应与交变电压的周期相同,C 错误;由 nqUmv 以及rn可得质子第 n 次被加速前、后的轨道半径之比为,D 正确。5用
6、同一回旋加速器分别对质子()和氘核()加速后,则( )A. 质子获得的动能大 B. 氘核获得的动能大C. 两种粒子获得的动能一样大 D. 无法确定【参考答案】A【点睛】粒子出回旋加速器时的动能最大,结合洛伦兹力提供向心力求出粒子出来时的最大速度,从而得出最大动能,然后进行判断。61932 年美国物理学家劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其核心部件是两个中空的半圆形金属盒 D1 和 D2,称为“D 形盒” ,其原理如图所示,带电粒子在两盒之间被电场加速,在两盒中做匀速圆周运动,则下列说法正确的是( )A. D 形盒的作用是静电屏蔽,使带电粒子在盒中做匀速圆周运动而不被电场干扰B. 在两 D 形
7、盒之间所加交变电压的周期应等于带电粒子做匀速圆周运动周期的两倍C. 仅使加速电压的有效值增大,带电粒子获得的能量一定增大5 / 14D. 仅使 D 形盒中磁场的磁感应强度 B 增大,带电粒子在 D 形盒中运动周期一定增大【参考答案】A【名师解析】回旋加速器中 D 形盒的作用是静电屏蔽,使带电粒子在圆周运动过程中不受电场干扰,选项 A 正确;回旋加速器中所加交变电压的周期与带电粒子做匀速圆周运动的周期相等,选项 B 错误;设 D 形盒的半径为 R,根据得,带电粒子获得的能量为,带电粒子获得的能量与加速电压的有效值无关,选项C 错误;根据公式,磁感应强度 B 增大,T 减小,选项 D 错误。点睛:
8、本题回旋加速器考查电磁场的综合应用:在电场中始终被加速,在磁场中总是匀速圆周运动。所以容易让学生产生误解:增加射出的动能由加速电压与缝间决定,原因是带电粒子在电场中动能被增加,而在磁场中动能不变。7.(2016陕西西安八校联考)如图 12 甲是回旋加速器的原理示意图,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(磁感应强度大小恒定),并分别与高频电源相连,加速时某带电粒子的动能 Ek 随时间 t的变化规律如图乙所示,若忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列判断正确的是( )A.高频电源的变化周期应该等于 tntn1B.在 Ekt 图象中 t4t3t3t2t2t1C.
9、粒子加速次数越多,粒子获得的最大动能一定越大D.不同粒子获得的最大动能都相同【参考答案】B6 / 14二计算题1.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,粒子源置于盒的圆心附近,若粒子源射出的粒子带电荷量为 q,质量为 m,粒子最大回旋半径为 Rm,其运动轨迹如图3 所示。问:(1)D 形盒内有无电场?(2)粒子在盒内做何种运动?(3)所加交流电压频率应是多大,粒子运动的角速度为多大?(4)粒
10、子离开加速器时速度为多大?最大动能为多少?(5)设两 D 形盒间电场的电势差为 U,盒间距离为 d,其间电场均匀,求把静止粒子加速到上述能量所需时间。(4)粒子回旋半径最大时,由牛顿第二定律得qvmB,Rm),故 vm。最大动能 Ekmmv,2m)。(5)粒子每旋转一周能量增加 2qU。粒子的能量提高到 Ekm,则旋转周数 n,4mU)。粒子在磁场中运动的时间 t 磁nT,2U)。一般地可忽略粒子在电场中的运动时间,t 磁可视为总时间。答案 (1)D 形盒内无电场 (2)匀速圆周运动7 / 14(3) (4) ,2m) (5),2U)2 (2014市区模拟)1930 年,Earnest O.
11、Lawrence 提出了回旋加速器的理论,他设想用磁场使带电粒子沿圆弧形轨道旋转,多次反复地通过高频加速电场,直至达到高能量。题 18-10 图甲为 Earnest O. Lawrence 设计的回旋加速器的示意图。它由两个铝制 D 型金属扁盒组成,两个 D 形盒正中间开有一条狭缝;两个 D 型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压。图乙为俯视图,在 D 型盒上半面中心 S 处有一正离子源,它发出的正离子,经狭缝电压加速后,进入 D 型盒中。在磁场力的作用下运动半周,再经狭缝电压加速;为保证粒子每次经过狭缝都被加速,应设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致。如此周而复始,最后到达
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