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2019-2020年高二物理 第15單元：達(dá)標(biāo)訓(xùn)練（6、回旋加速器）(有解析) 大綱人教版 基礎(chǔ)鞏固 1.回旋加速器主要是由________、________、______________________等幾個部分組成. 答案：圓柱形磁極　兩個D形盒　 高頻交變電源粒子源和引出裝置 2.回旋加速器的工作原理是________________________________________________. 答案：利用帶電粒子在磁場中受洛倫茲力做圓周運(yùn)動，而每半個周期被電場加速一次，依次往復(fù)，可以達(dá)到很高的速率 3.目前，加速器類別有_____________、_______________、______________、__________. 答案：回旋加速器　同步加速器　電子感應(yīng)加速器　高能粒子加速器 4.目前世界上最大的質(zhì)子同步加速器，能使質(zhì)子的能量達(dá)到11012eV.我國在1989年初投入運(yùn)行的高能粒子加速器是________，它能使電子束流的能量達(dá)到（28+28）108eV. 答案：北京正負(fù)電子對撞機(jī) 5.回旋加速器是怎樣實(shí)現(xiàn)每半周加速一次的？ 答案：粒子受洛倫茲力做圓周運(yùn)動的周期，只要使高頻交變電場的周期與之相同，即可正好趕上適合的電場方向而被加速. 6.簡談回旋加速器的發(fā)展歷史. 答案：加速器的發(fā)展經(jīng)歷直線加速器（高壓電源的電勢差）——回旋加速器（磁場力做圓周運(yùn)動，電場力加速）——電子感應(yīng)加速器——正負(fù)電子對撞機(jī)，發(fā)展軌跡沿高能、高速方向發(fā)展. 綜合應(yīng)用 7.回旋加速器是利用較低電壓的高頻電源使粒子經(jīng)多次加速獲得巨大速度的一種儀器，工作原理如圖15-6-11所示.下列說法正確的是 （　?。? 圖15-6-11[ A.粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動 B.粒子由A0運(yùn)動到A1比粒子由A2運(yùn)動到A3所用時間少 C.粒子的軌道半徑與它的速率成正比 D.粒子的運(yùn)動周期和運(yùn)動速率成正比 解析：本題考查回旋加速器的工作原理.粒子在電場中加速，在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，周期不變，半徑隨速率的增大而增大.答案：AC 8.一個質(zhì)子、一個α粒子，垂直磁場方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場：（1）若兩者是從靜止經(jīng)同一電壓加速后射入磁場中，則回旋半徑之比為_______；（2）若兩者以相同的動能進(jìn)入磁場，則回旋半徑之比為_______；（3）若兩者以相同的動量進(jìn)入磁場，則回旋半徑之比為_______；（4）若兩者以相同的速度進(jìn)入磁場，則回旋半徑之比為_______ 解析：（1）兩粒子經(jīng)電場加速時，qU=mv2-0，，由 所以. （2）由p2=2mEk，，由，所以 . （3）由，由于動量相同，二者的半徑相比，動量和B都消掉，所以，.（4）由，由于v相同，二者的半徑相比v和B都消掉， . 答案：1∶　1∶1　2∶1　1∶2 9.現(xiàn)要利用回旋加速器對質(zhì)量為m的帶電粒子進(jìn)行加速，已知該粒子帶電荷量為Q，初速度為v，求所加交變電場的周期及粒子速度達(dá)vt時，電場力所做的功（磁感應(yīng)強(qiáng)度為B）. 解析：帶電粒子在回旋加速器中被加速時，只有電場力做功，而引起動能的增加.由動能定理有 W=mvt2-mv02=m（vt2-v02） 所以交變電場的周期應(yīng)等于帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的周期T 即. 10.(全國理綜Ⅱ)如圖15-6-12所示，在x<0與x>0的區(qū)域中，存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B1與B2的勻強(qiáng)磁場，磁場方向均垂直于紙面向里，且B1>B2.一個帶負(fù)電荷的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O以速度v沿x軸負(fù)方向射出，要使該粒子經(jīng)過一段時間后又經(jīng)過O點(diǎn)，B1與B2的比值應(yīng)滿足什么條件？ 圖15-6-12 解析：粒子在整個過程中的速度大小恒為v，交替地在xy平面內(nèi)B1與B2磁場區(qū)域中做勻速圓周運(yùn)動，軌道都是半個圓周.設(shè)粒子的質(zhì)量和電荷量的大小分別為m和q，圓周運(yùn)動的半徑為r1和r2，有 ① ② 現(xiàn)分析粒子運(yùn)動的軌跡，如圖所示，在xy平面內(nèi)，粒子先沿半徑為r1的半圓C1運(yùn)動到y(tǒng)軸上離O點(diǎn)距離為2r1的A點(diǎn)，接著沿半徑為r2的半圓D1運(yùn)動到y(tǒng)軸上的O1點(diǎn)，OO 1的距離d=2(r2-r1) ③此后，粒子每經(jīng)歷一次“回旋”（即從y軸出發(fā)沿半徑為r1的半圓和半徑為r2的半圓回到原點(diǎn)下方的y軸），粒子的y坐標(biāo)就減小d，設(shè)粒子經(jīng)過n次回旋后與y軸交于O n點(diǎn).若OOn即nd滿足 nd=2r1 ④ 由③④解得 ，n=1，2，3… ⑤ 聯(lián)立①②⑤式可得B1、B2應(yīng)滿足的條件 ,n=1，2，3… ⑥