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亚博app:回旋加速器及习题训练_理化生_高中教育_教育专区

2021-03-31 08:08:26 来源:【jake】 作者:-=Jake=- 78
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第5节 洛伦兹力的应用 ——回旋加速器一、回旋加速器的特点? 两D形盒间缝隙有高频交变电场. ? 两D形盒中有强大的磁场无电场.二、回旋加速器的加速原理① 电场使粒子加速,磁 场使粒子回旋. ② 粒子回旋的周期不随 半径改变.③ 粒子在一个周期加速 两次.?保证粒子始终被加速, 交变电场的周期与粒子 回旋的周期有什么样的 关系??mUBq2? m Bq3? m Bq~ 0t5二、回旋加速器的加速原理① 电场使粒子加速澳洲幸运10 ,磁 场使粒子回旋. ② 粒子回旋的周期不随 半径改变.③ 粒子在一个周期加速 两次.④ 交变电场的周期与粒 子回旋的周期相等, 保证粒子始终被加速 .三、回旋加速器中的基本问题1. 粒子能回旋加速的条件? 2?mT电 ? T磁 ? qBqBR m2. 粒子回旋加速后的最大速度和最大动能?2 vm qvm B ? m Rvm ?q2B2R2 Ek ? 2m?假设由你来设计一台回旋加速度器,要求能使带电 粒子获得更高的能量,你打算采用哪些措施? ?提高电源电压? ?加大D形盒的半径? ?增加磁感应强度?7美 国 物 理 学 家 劳 伦 斯1932年,美国物理学家 劳伦斯正是沿着与上述 相仿的巧妙思路,发明 了回旋加速器,从而使 人类在获得具有较高能 量的粒子方面迈进了一 大步。

为此,劳伦斯获 得了1939年的诺贝尔物 理学奖。9三、回旋加速器中的基本问题1. 粒子能回旋加速的条件? 2?mT电 ? T磁 ? qBqBR m2. 粒子回旋加速后的最大速度和最大动能?2 vm qvm B ? m Rvm ?q2B2R2 Ek ? 2m3. 粒子回旋加速的时间?(忽略电场中加速的时间)1 2 2nqU ? mv m 2t ? nTt??BR2U2即时突破 小试牛刀1. 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其 原理如图所示,这台加速器由两个铜质D形合D1、D2 构成,其间留有空隙,下列说法正确的是 ( ) A.离子由加速器的中心附近进入加速器 B.离子由加速器的边缘进入加速器 C.离子从磁场中获得能量 D.离子从电场中获得能量 答案:AD2.回旋加速器是加速带电粒子的装置,其核心部分是分 别与高频交流电源两极相连接的两个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形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁 场中,如图所示.设D形盒半径为R.若用回旋加速器加 速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交流电频率 为f.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2πfR B.质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关 C.只要R足够大,质子的速度可以被加速到任意值 D.不改变B和f,该回旋加速器也能用于加速α粒子 答案:AB3.回旋加速器是加速带电粒子的装置亚博app ,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 狭缝中形成的周期性变化的电场回旋加速器试题,使粒子在通过狭缝时 都能得到加速,两 D 形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁 场中,如图所示,要增大带电粒子射出时的动能,则下 列说法中正确的是( ) A.增大匀强电场间的加速电压 B.增大磁场的磁感应强度 C.减小狭缝间的距离 D.增大D形金属盒的半径 答案:BD4.两个相同的回旋加速器,分别接在加速电压为U1和U2的 高频交流电源上,且U2=2U1,有两个相同的带电粒子 分别在这两个加速器中运动,设两个粒子在加速器中运 动的时间分别为t1和t2,获得的最大动能分别为Ek1和Ek2乐鱼体育 , 则有( ) A.t1=t2 ,Ek1=Ek2 B.t1=t2 ,Ek1t2 , Ek1=Ek2 D.t1>t2 ,Ek1>d时,质子在电场中加速的总时间 相对于在D形盒中回旋的总时间可忽略不计(质子在 电场中运动时,不考虑磁场的影响). ?BR 2 (2)t磁 ? 2UqBR vm BRd m t电 ? ? ? qU a U md t电 2d ? ?? 1 t磁 ?R6.正电子发射计算机断层(PET)是分子水平上的人体 功能显像的国际领先技术,它为临床诊断和治疗提供了 全新的手段. (1)PET所用回旋加速器示意图如图示,其中置于高真 空中的金属D形盒的半径为R澳洲幸运10 ,两盒间距为d,在左侧D 形盒圆心处放有粒子源S,匀强磁场的磁感应强度为B, 方向如图所示.质子质量为m,电荷量为q.设质子从粒子 源S进入加速电场时的初速度不计,质子在加速器中运 动的总时间为t(其中已略去了质子在加速电场中的运动时间),质子在电场中的加速次数与 回旋半周的次数相同,加速电子时的 电压大小可视为不变.求此加速器所需 的高频电源频率f 和加速电压U.2 qB ? BR (1) f ? U? 2?m 2t回旋加速器中磁场的磁感应强度为B回旋加速器试题,D形盒的直 径为d,用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子澳洲幸运5官网 , 设粒子加速前的初速度为零。

求: (1) 粒子的回旋周期是多大? (2)高频电极的频率为多大? (3) 粒子的最大速度、最大动能各是多大? (4)设两D形盒间电场的电势差为U, 求加速到上述能量所需的时间.(不计粒子在电场中运动 的时间)2 2 2 2 qB 2?m qBd ? Bd q B d ( 2) f ? (1)T ? (3)vm ? (4)t ? Ek ? 2?m qB 2m 8U 8m例1小结粒子在磁场中做圆周运动周期是否变化? ① 粒子在磁场中做匀速圆周运动 ,周期不变 电场变化周期与粒子在磁场中做圆周运动周期的关系? ② 电场变化的周期与粒子在磁场中做圆周运动周期相同电场一个周期中方向变化几次? ③ 电场一个周期中方向变化两次④ 粒子每一个周期加速几次? 粒子每一个周期加速两次粒子加速的最大速度由哪些量决定? ⑤ 粒子加速的最大速度由盒的半径和磁场强度决定粒子在电场加速过程中时间是否可忽略? ⑥ 电场加速过程中 ,时间极短,可忽略 ⑦ 只有回旋加速器的半径足够大,粒子是否可被加速到任 回旋加速器的局限性 意值?19

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