知识点挑题 - 高中物理 - 优优班--学霸训练营

回旋加速器是美国物理学家劳伦斯于\(1932\)年发明的\(.\)如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间加速电场的场强大小恒定，且被限制在\(A\)、\(C\)板间，如图所示\(.\)带电粒子从\(P_{0}\)处以速度\(v_{0}\)沿电场线方向射入电场，经加速后再进入\(D\)型盒中的匀强磁场做匀速圆周运动\(.\)对这种加速器，下列说法正确的是\((\)　　\()\)

A．带电粒子每运动一周被加速两次

B．带电粒子每运动一周\(P_{l}P_{2}=P_{2}P_{3}\)

C．加速电场方向需要做周期性的变化

D．加速粒子的最大速度与\(D\)形盒的尺寸有关

难度：难

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2．

回旋加速器是加速带电粒子的一种装置，其核心部分是两个\(D\)形金属盒\(.\)两盒间的狭缝中存在周期性变化的电场，垂直于盒面存在一个匀强磁场\(.\)粒子每次经过狭缝时都获得加速，之后在洛伦兹力作用下盘旋路径\(.\)经多次加速，粒子最终贴近\(D\)形盒边缘射出\(.\)如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为\(B\)，加速电压为\(U\)，电压变化的周期为\(T\)，则\((\)　　\()\)

A．由于粒子在电场中获得加速，所以增大\(U\)可以增大粒子射出时的动能

B．增大\(B\)，粒子在盒内绕行的圈数变多，射出时的动能也变大

C．若用来加速带电量为\(q\)，质量为\(m\)的粒子，\(T\)应设定为\( \dfrac {2πm}{qB}\)

D．由于粒子的运动越来越快，所以走过半圆的时间会越来越短

难度：难

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3．质谱仪原理如图所示，\(a\)为粒子加速器，加速电压为\(U_{1}\)；\(b\)为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为\(B_{1}\)，板间距离为\(d\)；\(c\)为偏转分离器，磁感应强度为\(B_{2}.\)今有一质量为\(m\)，电荷量为\(+q\)的带电粒子，经加速后，该粒子恰能沿直线通过速度选择器\(.\)粒子从\(O\)点进入分离器后在洛伦兹方的作用下做半个圆周运动后打到底片上并被接收，形成一个细条纹，测出条纹到\(O\)点的距离为\(L.\)求：

\((1)\)粒子离开加速器的速度大小\(v\)

\((2)\)速度选择器的电压\(U_{2\;\;}\)

\((3)\)该带电粒子荷质比的表达式．

难度：难

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4．

回旋加速器是加速带电粒子装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个\(D\)形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两\(D\)形盒放置于垂直盒的匀强磁场中，要增大带电粒子射出时的动能，下列方法可行 ( )

A．减小磁场的磁感应强度

B．增大电场的加速电压

C．减小狭缝间距离

D．增大\(D\)形金属盒的半径

难度：难

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5．

回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的\(D\)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以忽略不计。匀强磁场与盒面垂直。\(A\)处粒子源产生的粒子，质量为\(m\)、电荷量为\(+q\) ，在加速器中被加速，加速电压为\(U\)。实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为\(B_{m}\)、\(f_{m}\)，加速过程中不考虑相对论效应和重力作用，则\((\) \()\)

A．粒子第\(2\)次和第\(1\)次经过两\(D\)形盒间狭缝后轨道半径之比为\(2∶1\)

B．若磁感应强度为\(B\)，则粒子从静止开始加速到出口处所需的时间为\( \dfrac{πB{R}^{2}}{2U} \)

C．如果\(f_{m} < \dfrac{q{B}_{m}}{2πm} \)，粒子能获得的最大动能为\(2m{π}^{2}{R}^{2}f_{m}^{2} \)

D．如果\(f_{m} > \dfrac{q{B}_{m}}{2πm} \)，粒子能获得的最大动能为\(2m{π}^{2}{R}^{2}f_{m}^{2} \)

难度：难

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6．

如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的装置\(.\)其核心部分是两个\(D\)形金属盒，置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连\(.\)则带电粒子加速所获得的最大动能与下列因素有关的\((\)　　\()\)

A．加速的次数

B．加速电压的大小

C．金属盒的半径

D．匀强磁场的磁感应强度

难度：难

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7．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 \(U\)\(.\)若 \(A\)处粒子源产生质子的质量为 \(m\)、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\(2π\) \(Rf\)

B．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\( \sqrt{2}∶1\)

D．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

难度：难

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8．

如图所示，一粒子源\(S\)可向外发射质量为\(m\)，电荷量为\(q\)带正电的粒子，不计粒子重力，空间充满一水平方向的匀强磁场，磁感应强度方向如图所示，\(S\)与\(M\)在同一水平线上，某时刻，从粒子源发射一束粒子，速度大小为\(v\)，方向与水平方向夹角为\(θ\)，\(SM\)与\(v\)方向在同一竖直平面内，经时间\(t\)，粒子达到\(N\)处，已知\(N\)与\(S\)、\(M\)在同一水平面上，且\(SM\)长度为\(L\)，匀强磁场的磁感应强度大小可能是( )