选择题3.0分
物理

5.回旋加速器是用来加速带电粒子的装置。它的核心部分是两个D形金属盒,两盒相距很近,分别和高频交流电源两极相连接,两盒间的窄缝中形成匀强电场,使带电粒子每通过窄缝都得到加速。两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,带电粒子在磁场中做圆周运动,通过两盒间的窄缝时反复被加速,直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。如果用两台结构相同的回旋加速器(所加磁场相同)分别加速氚核(H)和α粒子(He),比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小,有()

A

加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能也较大

B

加速氚核的交流电源的周期较大,氚核获得的最大动能较小

C

加速氚核的交流电源的周期较小,氚核获得的最大动能也较小

D

加速氚核的交流电源的周期较小,氚核获得的最大动能较大

考察知识点

  • 质谱仪和回旋加速器的工作原理

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正确答案及相关解析

正确答案

B

解析

①磁场的作用:带电粒子以某一速度垂直于磁场方向进入匀强磁场时,只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,其中周期与速度和半径无关,使带电粒子每次进入D形盒中都能运动相等时间(半个周期)后,平行于电场方向进入电场中加速。

②交流电压:为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速,使能量不断提高,要在狭缝处加一个周期与相同的交流电压。

(3)特点

①带电粒子在D形盒中的回转周期等于两盒狭缝间高频电场的变化周期,与带电粒子速度无关(磁场保证带电粒子做回旋运动,如图所示)。

②带电粒子在D形金属盒内运动的轨道半径不等距分布。设带正电粒子的质量为m,电荷量为q,狭缝间加速电压大小为U,粒子源产生的带电粒子,经电场加速第一次进入左半盒时速度和半径分别为

考查方向

本题主要考查了电磁学-回旋加速器

解题思路

       交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会被一次一次地加速.由牛顿第二定律推导出最大动能的表达式进行讨论即可.

易错点

带电粒子在D形盒中的回转周期等于两盒狭缝间高频电场的变化周期,与带电粒子速度无关

知识点

质谱仪和回旋加速器的工作原理