迴旋加速器的工作原理如圖所示:真空容器D形盒放在與盒面垂直的勻強磁場中,且磁感應強度B保持不變。兩盒間狹縫間距...
問題詳情:
迴旋加速器的工作原理如圖所示:真空容器D形盒放在與盒面垂直的勻強磁場中,且磁感應強度B保持不變。兩盒間狹縫間距很小,粒子從粒子源A處(D形盒圓心)進入加速電場(初速度近似為零).D形盒半徑為R,粒子質量為m、電荷量為+q,加速器接電壓為U的高頻交流電源.若相對論效應、粒子所受重力和帶電粒子穿過狹縫的時間均不考慮.下列論述正確的是
A.交流電源的頻率可以任意調節不受其他條件的限制
B.加速氘核()和氦核()兩次所接高頻電源的頻率不相同
C.加速氘核()和氦核()它們的最大速度相等
D.增大U,粒子在D型盒內運動的總時間t 減少
【回答】
CD
【詳解】
A.根據迴旋加速器的原理,每轉一週粒子被加速兩次,交流電完成一次週期*變化,粒子做圓周運動洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得
粒子做圓周運動的週期
交流電源的頻率
解得
可知交流電源的頻率不可以任意調節,故A錯誤;
B.加速不同的粒子,交流電源的頻率
由於氘核()和氦核()的比荷相同,所以加速氘核()和氦核()兩次所接高頻電源的頻率相同,故B錯誤;
C.粒子加速後的最大軌道半徑等於D型盒的半徑,洛倫茲力提供向心力,由牛頓第二定律得
解得粒子的最大執行速度
由於氘核()和氦核()的比荷相同,所以加速氘核()和氦核()它們的最大速度相等,故C正確;
D.粒子完成一次圓周運動被電場加速2次,由動能定理得
經過的週期個數為
最大動能為
粒子在D型盒磁場內運動的時間
即
U越大,t越小,故D正確。
故選CD。
知識點:質譜儀與迴旋加速器
題型:選擇題
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