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          精英家教網 > 高中物理 > 題目詳情
          
			
          
				
          （10分）有一種質譜儀的工作原理圖如圖所示。靜電分析器是四分之一圓弧的管腔，內有沿圓弧半徑方向指向圓心O1的電場，且與圓心O1等距各點的電場強度大小相等。磁分析器中以O2為圓心、圓心角為90°的扇形區(qū)域內，分布著方向垂直于紙面的勻強磁場，其左邊界與靜電分析器的右邊界平行。由離子源發(fā)出一個質量為m、電荷量為q的正離子（初速度為零，重力不計），經加速電場加速后，從M點沿垂直于該點的電場方向進入靜電分析器，在靜電分析器中，離子沿半徑為R的四分之一圓弧做勻速圓周運動，并從N點射出靜電分析器。而后離子由P點射入磁分析器中，最后離子沿垂直于磁分析器下邊界的方向從Q點射出，并進入收集器。已知加速電場的電壓為U，磁分析器中磁場的磁感應強度大小為B。

          （1）請判斷磁分析器中磁場的方向；
          （2）求靜電分析器中離子運動軌跡處電場強度E的大��；
          （3）求磁分析器中Q點與圓心O2的距離d。
          			
          


			
          

		
          
		
		
	
          
		
          
			
          
				
          
				
          （1）垂直紙面向外（2） （3）

          試題分析：（1）帶正電的粒子進磁場的速度水平向右，要從下邊界Q射出，P點的洛倫茲力必須豎直向下，根據洛倫茲力左手定則判斷磁場方向垂直紙面向外。
          （2）設離子進入靜電分析器時的速度為v，離子在加速電場中加速，
          根據動能定理 有       ①  
          離子在靜電分析器中做勻速圓周運動，指向圓心O1的電場力為向心力，有    ② 
          由①②解得     ③
          （3）離子在磁分析器中做勻速圓周運動，圓心為O2，根據牛頓第二定律 有
                      ④ 
          由題意可知，水平向右進入磁場，豎直向下離開磁場，根據幾何關系可得圓周運動的軌道半徑             ⑤ 
          由①④⑤式解得       ⑥ 
          				
          
							
          
			
          
			
          
			
			
          
		
          
	
          

		
          

		





			
          
		
          
		
				
          
				練習冊系列答案
		
          
		
				
			

					
          
				相關習題
			
          
						
		
          
			
          
				科目：高中物理
				來源：不詳
				題型：單選題
			
          

						
          在勻強磁場里有一個原來靜止的放射性元素
          23892
          U，由于發(fā)生α衰變而變?yōu)橐环N新元素釷核
          23490
          Th，假設衰變時釋放的核能全部轉化為α粒子和釷核的動能，則α粒子和釷核的動能之比以及它們在磁場中運動的半徑之比為（　　）
          A．1：1，兩內切圓，半徑之比為1：45
          B．4：234，兩外切圓，半徑之比為45：1
          C．234：4，兩外切圓，半徑之比為45：1
          D．2：90，兩內切圓，半徑之比為1：45
          

			
          

			
          
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				科目：高中物理
				來源：不詳
				題型：單選題
			
          

						
          1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器．如圖甲所示是回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，在加速帶電粒子時，兩金屬盒置于勻強磁場中，并分別與高頻電源相連．帶電粒子在磁場中運動的動能EK隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，若忽略帶電粒子在電場中的加速時間，則下列判斷中正確的是（　�。�
          A．粒子加速次數越多，粒子獲得的最大動能一定越大
          B．若增大磁感應強度，為保證該粒子每次進人電場均被加速，應增大高頻電源交流電的頻率
          C．不同粒子在兩D型盒中運動時間可能不相同
          D．不同粒子獲得的最大動能都相同

          

			
          

			
          
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				科目：高中物理
				來源：不詳
				題型：單選題
			
          

						
          美國物理學家勞倫斯于1932年發(fā)明的回旋加速器，應用帶電粒子在磁場中做圓周運動的特點，能使帶電粒子在較小的空間范圍內經過電場的多次加速獲得較大的能量。如圖所示為改進后的回旋加速器的示意圖，其中距離很小的盒縫間的加速電場的場強大小恒定，且被限制在A、C板間，帶電粒子從P0處靜止釋放，并沿電場線方向進入加速電場，經加速后進入D形盒中的勻強磁場做勻速圓周運動，對于這種回旋加速器，下列說法正確的是

          A．帶電粒子每運動一周被加速一次
          B．P1P2＝P2P3
          C．粒子能達到的最大速度與D形盒的尺寸無關
          D．加速電場的方向需要做周期性的變化
          

			
          

			
          
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				科目：高中物理
				來源：不詳
				題型：單選題
			
          

						
          一個用于加速質子的回旋加速器，其核心部分如圖所示，D形盒半徑為R，垂直D形盒底面的勻強磁場的磁感應強度為B，兩盒分別與交流電源相連．下列說法正確的是

          A．質子被加速后的最大速度隨B、R的增大而增大
          B．質子被加速后的最大速度隨加速電壓的增大而增大
          C．只要R足夠大，質子的速度可以被加速到任意值
          D．為了使質子每次經過D形盒間縫隙時都能得到加速，應使交變電壓的周期等于質子的回旋周期
          

			
          

			
          
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				科目：高中物理
				來源：不詳
				題型：計算題
			
          

						
          （14分）1932年美國物理學家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地利用帶電粒子在磁場中的運動特點，解決了粒子的加速問題。現在回旋加速器被廣泛應用于科學研究和醫(yī)學設備中。某型號的回旋加速器的工作原理如圖（甲）所示，圖（乙）為俯視圖�；匦铀倨鞯暮诵牟糠譃閮蓚�D形盒，分別為D1、D2。D形盒裝在真空容器里，整個裝置放在巨大的電磁鐵兩極之間的強大磁場中，磁場可以認為是勻強磁場，且與D形盒底面垂直。兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計。D形盒的半徑為R，磁場的磁感應強度為B。設質子從粒子源A處進入加速電場的初速度不計。質子質量為m、電荷量為+q。加速器接入一定頻率的高頻交變電源，加速電壓為U。加速過程中不考慮相對論效應和重力作用。
           
          （1）求質子第1次經過狹縫被加速后進人D2盒時的速度大小v1；
          （2）求質子第1次經過狹縫被加速后進人D2盒后運動的軌道半徑r1；
          （3）求質子從靜止開始加速到出口處所需的時間t。
          

			
          

			
          
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				科目：高中物理
				來源：不詳
				題型：計算題
			
          

						
          回旋加速器D形盒的半徑為r，勻強磁場的磁感應強度為B。一個質量了m、電荷量為q的粒子在加速器的中央從速度為零開始加速。

          （1）求該回旋加速器所加交變電場的頻率；
          （2）求粒子離開回旋加速器時獲得的動能；
          （3）有同學想自利用該回旋加速器直接對質量為m、電量為2q的粒子加速。能行嗎？行，說明理由；不行，提出改進方案.
          

			
          

			
          
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				科目：高中物理
				來源：不詳
				題型：單選題
			
          

						
          如圖甲所示是回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，在加速帶電粒子時，兩金屬盒置于勻強磁場中，并分別與高頻電源相連．帶電粒子在磁場中運動的動能Ek隨時間t的變化規(guī)律如圖乙所示，若忽略帶電粒子在電場中的加速時間，則下列判斷中正確的是    (    )
          A．在Ek—t圖中應有t4一t3＝t3一t2=t2—t1
          B．高頻電源的變化周期應該等于tn一tn-1
          C．粒子加速次數越多，粒子最大動能一定越大
          D．要想粒子獲得的最大動能越大，則要求D形盒的面積也越大
          

			
          

			
          
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				科目：高中物理
				來源：不詳
				題型：計算題
			
          

						
          （8分）如圖所示是質譜儀示意圖，圖中離子源S產生電荷量為q的離子，經電壓為U的電場加速后，由A點垂直射人磁感應強度為B的有界勻強磁場中，經過半個圓周，打在磁場邊界底片上的P點，測得PA=d，求離子的質量m。
          

			
          

			
          
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