Question

18．回旋加速器工作原理如圖甲所示，D₁、D₂為D形金屬盒，A粒子源位于回旋加速器正中間，其釋放出的帶電粒子質(zhì)量為m，電荷量為+q，所加勻速磁場的磁感應強度為B，兩金屬盒之間加的交變電壓變化規(guī)律如圖乙所示，其周期為T=$\frac{2πm}{qB}$，不計帶電粒子在電場中的加速時間，不考慮由相對論效應帶來的影響，則下列說法中正確的是（　�。�

• A． t₁時刻進入回旋加速器的粒子記為a，t₂時刻進入回旋加速器的粒子記為b，a，b在回旋加速器中各被加速一次，a，b粒子增加的動能相同
• B． t₂，t₃，t₄時刻進入回旋加速器的粒子會以相同的動能射出回旋加速器
• C． t₃，t₄時刻進入回旋加速器的粒子在回旋加速器中的繞行方向相反
• D． t₂時刻進入回旋加速器的粒子在回旋加速器中被加速的次數(shù)最多

Answer 1

分析 由圖乙讀出電壓，由動能定理分析加速一次粒子增加的動能．粒子獲得的最大動能與D形盒的半徑有關(guān)．由左手定則分析粒子在磁場中繞行方向關(guān)系

解答 解：A、由圖乙知，t₁時刻與t₂時刻兩金屬盒間的電壓不等，根據(jù)動能定理得 qU=△E_k，可知a、b在回旋加速器中各被加速一次增加的動能不同，故A錯誤．
B、當粒子的軌跡半徑等于D形盒的半徑時，獲得的動能最大，將射出回旋加速器，設(shè)D形盒的半徑為R，則由R=$\frac{mv}{qB}$知v=$\frac{qBR}{m}$，粒子獲得的最大動能為：E_km=$\frac{1}{2}m{v}^{2}=\frac{{q}^{2}{B}^{2}{R}^{2}}{2m}$，可知粒子射出加速器時的動能，即最大動能與加速電壓無關(guān)，不同時刻進入回旋加速器的粒子會以相同的動能射出回旋加速器．故B正確．
C、t₃、t₄時刻進入回旋加速器的粒子獲得的速度方向相反，進入磁場后，由左手定則可知，在回旋加速器中的繞行方向相同，故C錯誤．
D、設(shè)加速次數(shù)為n，則nqU=E_km，n=$\frac{{E}_{km}}{qU}$，可知t₂時刻進入回旋加速器的粒子加速電壓最大，加速次數(shù)最少，故D錯誤．
故選：B

點評 本題關(guān)鍵明確回旋加速器的工作原理，知道粒子獲得的最大動能與R、B、q、m的關(guān)系，與加速電壓無關(guān)．而加速電壓將影響加速的次數(shù)