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回旋加速器的核心部分是兩個半徑為R的D型金屬扁盒，如圖，盒正中央開有一條窄縫，在兩個D型盒之間加交變電壓，于是在縫隙中形成交變電場，由于屏蔽作用，在D型盒內部電場很弱，D型盒裝在真空容器中，整個裝置放在巨大電磁鐵的兩極之間，磁場方向垂直于D型盒的底面，只要在縫隙中的交變電場的頻率不變，便可保證粒子每次通過縫隙時總被加速，粒子的軌道半徑不斷增大，并逐漸靠近D型盒邊緣，加速到最大能量E后，再用特殊的裝置將它引出。在D型盒上半面中心出口A處有一正離子源，正離子所帶電荷量為q、質量為m，加速時電極間電壓大小恒為U。（加速時的加速時間很短，可忽略；正離子從離子源出發(fā)時初速為零）。則下列說法正確的是

A．增大交變電壓U，則正離子在加速器中運行時間將變短

B．增大交變電壓U，則正離子在加速器中運行時間將不變

C．正離子第n次穿過窄縫前后的速率之比為

D．回旋加速器所加交變電壓的頻率為

 

AC

解析:增大交變電壓U，帶電粒子速度增大的比較快，在Ｄ型盒的偏轉周期數減小，在加速器中的運動時間變短，Ａ對；Ｂ錯；正離子每穿過一次窄縫被加速一次，第ｎ－１次加速后獲得的速度，第ｎ次加速后獲得的速度，可求出兩速度之比為，C對；要想達到同步加速的目的需要讓交變電場的頻率與帶電粒子偏轉的頻率相等，所以交變電場的頻率為，帶電粒子飛出時，所以頻率為，D錯；

 

練習冊系列答案
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科目：高中物理 來源： 題型：

精英家教網回旋加速器的核心部分是兩個半徑為R的D型金屬扁盒，如圖，盒正中央開有一條窄縫，在兩個D型盒之間加交變電壓，于是在縫隙中形成交變電場，由于屏蔽作用，在D型盒內部電場很弱，D型盒裝在真空容器中，整個裝置放在巨大電磁鐵的兩極之間，磁場方向垂直于D型盒的底面，只要在縫隙中的交變電場的頻率不變，便可保證粒子每次通過縫隙時總被加速，粒子的軌道半徑不斷增大，并逐漸靠近D型盒邊緣，加速到最大能量E后，再用特殊的裝置將它引出．在D型盒上半面中心出口A處有一正離子源，正離子所帶電荷量為q、質量為m，加速時電極間電壓大小恒為U．（加速時的加速時間很短，可忽略；正離子從離子源出發(fā)時初速為零）．則下列說法正確的是（　�。�
A、增大交變電壓U，則正離子在加速器中運行時間將變短
B、增大交變電壓U，則正離子在加速器中運行時間將不變
C、正離子第n次穿過窄縫前后的速率之比為
vn-1
vn
=
n-1
n
D、回旋加速器所加交變電壓的頻率為
6mE
2πmR

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科目：高中物理 來源：2013-2014學年北京市東城區(qū)普通校高三12月聯(lián)考物理試卷（解析版） 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(xiàn)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。回旋加速器的核心部分為兩個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：2011-2012學年湖北省武漢市武昌區(qū)高三5月調研考試理科綜合物理試卷（解析版） 題型：選擇題

回旋加速器的核心部分是兩個半徑為R的D型金屬扁盒，如圖，盒正中央開有一條窄縫，在兩個D型盒之間加交變電壓，于是在縫隙中形成交變電場，由于屏蔽作用，在D型盒內部電場很弱，D型盒裝在真空容器中，整個裝置放在巨大電磁鐵的兩極之間，磁場方向垂直于D型盒的底面，只要在縫隙中的交變電場的頻率不變，便可保證粒子每次通過縫隙時總被加速，粒子的軌道半徑不斷增大，并逐漸靠近D型盒邊緣，加速到最大能量E后，再用特殊的裝置將它引出。在D型盒上半面中心出口A處有一正離子源，正離子所帶電荷量為q、質量為m，加速時電極間電壓大小恒為U。（加速時的加速時間很短，可忽略；正離子從離子源出發(fā)時初速為零）。則下列說法正確的是

A．增大交變電壓U，則正離子在加速器中運行時間將變短

B．增大交變電壓U，則正離子在加速器中運行時間將不變

C．正離子第n次穿過窄縫前后的速率之比為

D．回旋加速器所加交變電壓的頻率為

 

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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(xiàn)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15（甲）所示，圖15（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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