Question

（16分）串列靜電

加速器是加速質(zhì)子、重離子進(jìn)行核物理基礎(chǔ)研究以及核技術(shù)應(yīng)用研究的設(shè)備，右圖是其構(gòu)造示意圖。S是產(chǎn)生負(fù)離子的裝置，稱為離子源；中間部分N為充有氮?dú)獾墓艿�，通過高壓裝置H使其對(duì)地有V的高壓�，F(xiàn)將氫氣通人離子源S，S的作用是使氫分子變?yōu)闅湓�子，并使氫原子粘附上一個(gè)電子，成為帶有一個(gè)電子電量的氫負(fù)離子。氫負(fù)離子（其初速度為0)在靜電場的作用下，形成高速運(yùn)動(dòng)的氫負(fù)離子束流，氫負(fù)離子束射入管道N后將與氮?dú)夥肿影l(fā)生相互作用，這種作用可使大部分的氫負(fù)離子失去粘附在它們上面的多余的電子而成為氫原子，又可能進(jìn)一步剝離掉氫原子的電子使它成為質(zhì)子。已知氮?dú)馀c帶電粒子的相互作用不會(huì)改變粒子的速度。質(zhì)子在電場的作用下由N飛向串列靜電加速器的終端靶子T。試在考慮相對(duì)論效應(yīng)的情況下，求質(zhì)子到達(dá)T時(shí)的速度。

    電子電荷量C，質(zhì)子的靜止質(zhì)量 kg。

Answer 1

參考解答：

帶電粒子在靜電場內(nèi)從S到T的運(yùn)動(dòng)過程中，經(jīng)歷了從S到N和從N到T的兩次加速，粒子帶的電荷量q的大小均為，若以U 表示N 與地之間的電壓，則粒子從電場獲得的能量

               (1)

質(zhì)子到達(dá)T處時(shí)的質(zhì)量

               (2)

式中v為質(zhì)子到達(dá)T時(shí)的速度．質(zhì)子在S處的能量為，到達(dá)T處時(shí)具有的能量為，電子的質(zhì)量與質(zhì)子的質(zhì)量相比可忽略不計(jì)，根據(jù)能量守恒有

               （3）

由（1）、（2）、（3）式得

       

代入數(shù)據(jù)解得

               （4）

評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：

本題16分．