高考物理一轮复习：回旋加速器强化训练.docx

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1、回旋加速器强化训练1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，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，A处粒子源产生质量为m、电荷量为+q的粒子，在加速电压为U的加速电场中被加速，所加磁场的磁感应强度、加速电场的频率可调，磁场的磁感应强度最大值为Bm和加速电场频率的最大值fm。则下列说法正确的是（ ）A粒子获得的最大动能与加速电压无关B粒子第n次和第n+1次进入磁场的半径之比为C粒子从静止开始加速到出口处所需的时间为D若 ，则粒子获得的最大动能为2如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在

2、AC板间，虚线中间不需加电场，如图所示，带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是( )A加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关B带电粒子每运动一周被加速一次C带电粒子每运动一周P1P2等于P2P3D加速电场方向不需要做周期性的变化31930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4如图所示，回旋加速器置于

3、高真空中，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。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生质量为m、电荷量为+q的粒子，在加速电压为U的加速电场中被加速。所加磁场的磁感应强度、加速电场的频率可调，磁场的磁感应强度最大值为Bm，加速电场频率的最大值fm。下列说法正确的是（）A粒子第n次和第n+1次加速后的半径之比是（）B粒子从静止开始加速到出口处所需的时间为C若fm<，则粒子获得的最大动能为D若fm>，则粒子获得的最大动能为51922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如

4、图所示，则下列说法中正确 （ ）A该束带电粒子带正电B速度选择器的P1极板带负电C在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大D在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小6粒子回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的D型金属盒的半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频率交流电的频率为f，加速器的电压为U，若中心粒子源处产生的质子质量为m，电荷量为+e，在加速器中被加速不考虑相对论效应，则下列说法正确是 A质子被加速后的最大速度不能超过2RfB加速的质子获得的最大动能随加速电场U增大而增大C质子第二次和第一次经过D型盒间狭缝后轨道半径之比为D不改变磁感应强度B和

5、交流电的频率f，该加速器也可加速粒子7回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示。它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，a、b接在电压为U、周期为T的交流电源上。两盒间的窄缝中形成匀强电场，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被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出。设D形盒的半径为R，现将垂直于金属D形盒的磁场感应强度调节为B。，刚好可以对氚核()进行加速，氚核所能获得的能量为，以后保持交流电源的周期T不变。(已知氚核和粒子质量比为3：4，电荷量之比为1：2)则：A若只增大交变电压U，则氚核在回旋加速器中运行时间不会发生变化

6、B若用该装置加速粒子，应将磁场的磁感应强度大小调整为C将磁感应强度调整后对粒子进行加速，a粒子在加速器中获得的能量等于氚核的能量D将磁感应强度调整后对粒子进行加速，粒子在加速器中加速的次数小于氚核的次数8如图所示为回旋加速器的示意图两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A处开始加速已知D型盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m，电荷量为q下列说法错误的是 （ ）A质子的最大速度不超过2RfB质子的最大动能为C质子的最大动能与高频交变电源的电压U无关D质子的最大动能与高频交变电源的电压U有关，且随电压U增大而增加9回旋加速

7、器在现代医药中有广泛的应用，应用质子回旋加速器可以生产各种放射性同位素下图是一种质子回旋加速器的示意图，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于D形盒的底面，高频正弦交流电的电源分别与两D形盒连接，质子的质量为m，电量为e，则下列说法正确的是（）A质子在磁场中转动的半径越大，做圆周运动的周期越大B正弦交流电压的最大值越大，质子被加速后获得的动能越大C正弦交流电的周期应为D正弦交流电压的最大值越大，质子在D形盒中运动的时间越短10如图所示为一种获得高能粒子的装置-环形加速器，环形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场，质量为m、电荷量为+q的粒子在环中做半径为R的圆周运动，A、B为两块中心开有小孔的极板，原来电

8、势都为零，每当粒子飞经A板时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两极板间的电场中加速，每当粒子离开电场区域时，A板电势又降为零，粒子在电场一次次加速下动能不断增大，而在环形区域内绕半径不变（设极板间距远小于R），粒子重力不计，下列关于环形加速器的说法中正确的是A加速器对带正电粒子顺时针加速，对待负电粒子加速需要升高B板电势B电势U越高，粒子最终的速度就越大C环形区域内的磁感应强度大小与加速次数n之间的关系为D粒子每次绕行一圈所需的时间与加速次数n之间的关系为11如图所示为回旋加速器示意图，利用回旋加速器对粒子进行加速，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期

9、为T忽略粒子在D形盒缝隙间的运动时间和相对论效应，下列说法正确的是A保持B和T不变，该回旋加速器可以加速质子B仅调整磁场的磁感应强度大小为B，该回旋加速器仍可以加速粒子C保持B和T不变，该回旋加速器可以加速粒子，且在回旋加速器中运动的时间与粒子的相等D保持B和T不变，该回旋加速器可以加速粒子，加速后的最大动能与粒子的相等12回旋加速器的工作原理如图所示：D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差.A处的粒子源产生的粒子在两盒之间被电场加速，两个半圆盒处于垂直于盒面的匀强磁场中粒子进入半圆金属盒内做匀速圆周运动若忽略粒子在电场中的加速时间且不考虑相对论效应，则下列说法正确的是A粒子

10、在磁场中回转一周运动的周期越来越小B粒子在磁场中回转一周运动的周期越来越大C仅增大两盒间的电势差，粒子离开加速器时的动能增大D仅增大金属盒的半径，粒子离开加速器时的动能增大13物理研究中，粒子回旋加速器起着重要作用，下左图为它的示意图它由两个铝制的D形盒组成，两个D形盒正中间开有一条狭缝两个D形盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压右图为俯视图，在D形盒上半面中心S处有一正粒子源，它发出的正粒子，经狭缝电压加速后，进入D形盒中在磁场力的作用下运动半周，再经狭缝电压加速如此周而复始，最后到达D形盒的边缘，获得最大速度，由导出装置导出己知正离子电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小为U，磁场的磁感

11、应强度大小为B，D形盒的半径为R每次加速的时间极短，可忽略不计正粒子从离子源出发时的初速度为零，不计粒子所受重力则（ ）A高频交变电压变化的周期为B粒子可能获得的最大动能为C粒子第1次与第n次在下半盒中运动的轨道半径之比为D粒子在回旋加速器中的总的时间为14如图所示为回旋加速器的示意图两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A处开始加速已知D型盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m，电荷量为q下列说法不正确的是（ ）A质子的最大速度不超过2RfB质子的最大动能为C高频交变电源的频率D质子的最大动能与高频交变电源的电压U有关

12、，且随电压U增大而增加151932 年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点，解决了粒子的加速问题现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，图乙为俯视图回旋加速器的核心部分为两个 D 形盒，分别为 D1、D2D 形盒装在真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与 D 形盒底面垂直两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计D 形盒的半径为 R，磁场的磁感应强度为 B设质子从粒子源 A 处进入加速电场的初速度不计质子质量为 m、电荷量为+q加速器接入一定频率的高频交变电源

13、，加速电压为 U加速过程中不考虑相对论效应和重力作用求：（1）质子第一次经过狭缝被加速后进入 D2 盒时的速度大小 v1 和进入 D2 盒后运动的轨道半径 r1；（2）质子被加速后获得的最大动能 Ek 和交变电压的频率 f；（3）若两 D 形盒狭缝之间距离为 d，且 d<<R计算质子在电场中运动的总时间 t1 与在磁场中运动总时间 t2，并由此说明质子穿过电场时间可以忽略不计的原因16如图所示为回旋加速器的结构示意图，匀强磁场的方向垂直于半圆型且中空的金属盒D1和D2，磁感应强度为R，金属盒的半径为R，两盒之间有一狭缝，其间距为d，且，两盒间电压为U.A处的粒子源可释放初速度不计的

14、带电粒子，粒子在两盒之间被加速后进入D1盒中，经半个圆周之后再次到达两盒间的狭缝通过电源正负极的交替变化，可使带电粒子经两盒间电场多次加速后获得足够高的能量.已知带电粒子的质量为m、电荷量为+q.(1)不考虑加速过程中的相对论效应和重力的影响.求粒子可获得的最大速度vm；若粒子第1次进入D1盒在其中的轨道半径为r1，粒子第1次进入D2盒在其中的轨道半径为r2，求r1与r2之比.(2)根据回旋加速器的工作原理，请通过计算对以下两个问题进行分析：在上述不考虑相对论效应和重力影响的情况下，计算粒子在回旋加速器中运动的时间时，为何常常忽略粒子通过两盒间狭缝的时间，而只考虑粒子在磁场中做圆周运动的时间；

15、实验发现：通过该回旋加速器，加速的带电粒子能量达到2530MeV后，就很难再加速了这是由于速度足够大时，相对论效应开始显现，粒子的质量随着速度的增加而增大结合这一现象，分析在粒子获得较高能量后，为何加速器不能继续使粒子加速了17回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展回旋加速器的原理如图，D1和D2是两个中空的半径为R的半圆金属盒，它们接在电压一定、频率为f的交流电源上，取粒子在磁场中运动的周期与交流电的周期相同位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略，重力不计），它们在两盒之间被电场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强度

16、为B的匀强磁场中若输出时质子束的等效电流为I.（忽略质子在电场中的加速时间及质子的最大速度远远小于光速）(1)写出质子在该回旋加速器中运动的周期及质子的比荷(2)求质子束从回旋加速器输出时的平均功率为P.(3)若使用此回旋加速器加速氘核，要想使氘核获得与质子相同的最大动能，请分析此时磁感应强度应该如何变化，并写出计算过程 18回旋加速器的工作原理如图甲所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间狭缝的间距为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，被加速粒子的质量为m，电荷量为q，加在狭缝间的交变电压如图乙所示，电压值的大小为U0.周期T .一束该种粒子在t0时间内从A处均匀地飘入狭缝，其初速度

17、视为零现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做加速运动，不考虑粒子间的相互作用求：(1)出射粒子的动能Em；(2)粒子从飘入狭缝至动能达到Em所需的总时间t0；(3)要使飘入狭缝的粒子中有超过99%能射出，d应满足的条件19如图所示，以两虚线为边界，中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场，宽度为，两侧为相同的匀强磁场，方向垂直纸面向里一质量为、带电量、重力不计的带电粒子，以初速度垂直边界射入磁场做匀速圆周运动，后进入电场做匀加速运动，然后第二次进入磁场中运动，此后粒子在电场和磁场中交替运动已知粒子第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍，第三次是第一次的三倍，以此类推求：

18、（1）粒子第一次经过电场的过程中电场力所做的功（2）粒子第次经过电场时电场强度的大小（3）粒子第次经过电场所用的时间（4）假设粒子在磁场中运动时，电场区域场强为零请画出从粒子第一次射入磁场至第三次离开电场的过程中，电场强度随时间变化的关系图线（不要求写出推导过程，不要求标明坐标刻度值）20回旋加速器原理如图所示，D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在交流电源上，位于D1圆心处的离子源A能不断产生正离子，它们在两盒之间被电场加速，当正离子被加速到最大动能Ek后，再设法将其引出。已知正离子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B，D型盒的半径为R，狭缝之间的距离为d。设正离子从离子源出发时的初速度为零。(1)试计算上述正离子被第一次加速后进入D2中运动的轨道半径；(2)计算正离子飞出时的最大动能；(3)设该正离子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同，试证明当R>>d时，正离子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计（正离子在电场中运动时，不考虑磁场的影响）。答案第13页，总13页