题目列表(包括答案和解析)
回旋加速器是用来加速带电粒子的一种装置,它的工作原理是粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与其运动的速度无关.每隔一个周期回归一次而被多次重复地加速.回旋加速器的核心部分是两个D形的金属盒,两个D形金属盒之间留一窄缝,在边缘处放有粒子源,D形盒装在真空容器中,整个装置放在巨大电磁铁的两极之间,磁场方向垂直于D形盒的底面,两盒之间接高频电源的两极,使两盒之间形成加速电场.若高频电源的周期与带电粒子在D形盒中的运动周期相同,带电粒子就可以如图那样不断被加速,不断旋转.带电粒子在D形盒内沿螺线轨道逐渐趋于盒的边缘,达到预期速率后用特殊装置把它们引出.现设匀强磁场强度为B,盒间形成的电场强度为E,一带电量为q的粒子在边缘处P由静止经电场加速后进入磁场,以半径为r1做匀速圆周运动,由P点自左向右经A1进入电场,再次加速进入磁场做轨道半径更大的匀速圆周运动,如此经过的位置分别为A2,A3,…,An,轨道半径分别为r2,r3,…,rn,若已知D形盒间的间隙宽为d,则求:
(1)轨道半径r1为多大?
(2)设An与An+1间的距离为z,则当z<
时,n的值为多大?
如图甲所示,CD和MN之间存在着变化的电场,电场变化规律如图乙所示,(图中电场方向为正方向),MN为一带电粒子可以自由通过的理想边界,直线MN下方无磁场,上方两个同心半圆内存在着有理想边界的匀强磁场,其分界线是半径为R和2R的半圆,半径为R的圆两侧的磁场方向相反且垂直于纸面,磁感应强度大小都为B。现有一质量为m、电荷量为q的带负电微粒在t=0时刻从O2点沿MN、CD间的中心线O2O1水平向左射入电场,到达P点时以水平向左的速度进入磁场,最终打在Q点。不计微粒的重力。求:
(1)微粒在磁场中运动的周期T;
(2)微粒在电场中的运动时间t1与电场的变化周期T0之间的关系;
(3)MN、CD之间的距离d;
(4)微粒在磁场中运动的半径r的可能值的表达式及r的最大值。
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