高能粒子在現(xiàn)代高科技活動(dòng)中具有廣泛的應(yīng)用，如微觀粒子的研究、核能的生產(chǎn)等。粒子加速器是實(shí)現(xiàn)高能粒子的主要途徑，如圖所示為環(huán)形粒子加速器示意圖，圖中實(shí)線所示環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的大小可調(diào)節(jié)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，質(zhì)量為m、電量為q的帶正電粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)。A、B為兩塊中心開有小孔的極板，原來(lái)電勢(shì)都為零，每當(dāng)粒子飛經(jīng)A板時(shí)，A板電勢(shì)升高為＋U，B板電勢(shì)保持為零，粒子在兩板之間電場(chǎng)中得到加速。每當(dāng)粒子離開B板時(shí)，A板電勢(shì)又突然變?yōu)榱�，粒子在電�?chǎng)的一次次加速下動(dòng)能不斷增大，但繞行半徑R卻始終保持不變。
（1）設(shè)t＝0時(shí)，粒子靜止在A板小孔處，在電場(chǎng)作用下開始加速，并繞行第一圈。求粒子繞行n圈回到A板時(shí)獲得的總動(dòng)能En。
（2）為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)必須周期性遞增，求粒子繞行第n圈時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度Bn應(yīng)為多少?
（3）求粒子繞行n圈所需的總時(shí)間t（粒子通過(guò)A、B之間的時(shí)間不計(jì)）。
（4）定性畫出A板電勢(shì)U隨時(shí)間t變化的關(guān)系圖線（從t＝0起畫到粒子第四次離開B板時(shí)即可）。
（5）在粒子繞行的整個(gè)過(guò)程中，A板電勢(shì)是否可始終保持為＋U?為什么?
.解：（1）∵W＝nqU由動(dòng)能定理得Ek＝W＝ngu （2） 解得 （3）………總時(shí)間隔（4）圖形如下（5）不可以，若一直保持＋U，則帶電粒子由A→B加速，電場(chǎng)力做正功W1＝qU，而由B轉(zhuǎn)一圈回到A則減速，電場(chǎng)力做負(fù)功W2＝-qU，回到A時(shí)速度為0，不能循環(huán)加速。
練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

（2003?肇慶模擬）高能物理在現(xiàn)代高科技活動(dòng)中具有廣泛的應(yīng)用，如微觀粒子的研究、核能的生產(chǎn)等．粒子加速器是實(shí)現(xiàn)高能粒子的主要途徑．如圖所示為一環(huán)形粒子加速器的示意圖，圖中實(shí)線所示為環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的大小可調(diào)節(jié)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，質(zhì)量為m、電量為q的帶正電粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)．A、B為兩塊中心開有小孔的極板，原來(lái)電勢(shì)都為零，每當(dāng)粒子飛經(jīng)A板時(shí)，A板的電勢(shì)升高為+U，B板電勢(shì)保持為零，粒子在電場(chǎng)中一次次被加速而動(dòng)能不斷增大，但繞行半徑R始終保持不變．
（1）設(shè)t=0時(shí)，粒子靜止在A板小孔處，在電場(chǎng)作用下開始加速、并繞行一圈．求粒子繞行n圈回到A板時(shí)獲得的總動(dòng)能？
（2）為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)行，磁場(chǎng)必須周期性遞增，求粒繞行第n圈時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度Bn應(yīng)為多少？
（3）求粒子繞行n圈所需的總時(shí)間t（粒子通過(guò)A、B之間的時(shí)間不計(jì)）
（4）若粒子通過(guò)A、B的時(shí)間不可忽略不計(jì)，請(qǐng)?jiān)谟颐娴淖鴺?biāo)系中定性畫出A板電勢(shì)隨時(shí)間t變化的圖象（要求從t=0起到粒子第三次離開B板時(shí)止．不要求計(jì)算具體的時(shí)間）

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科目：高中物理 來(lái)源：四中大考卷-高二物理(下冊(cè))、期中測(cè)試題 題型：038

高能粒子在現(xiàn)代高科技活動(dòng)中具有廣泛的應(yīng)用，如微觀粒子的研究、核能的生產(chǎn)等。粒子加速器是實(shí)現(xiàn)高能粒子的主要途徑，如圖中所示為環(huán)形粒子加速器示意圖，圖中實(shí)線所示環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的大小可調(diào)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，質(zhì)量為m、電量為q的帶正電粒子在環(huán)中作半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)。A、B為兩塊中心開有小孔的極板，原來(lái)電勢(shì)都為零，每當(dāng)粒子飛經(jīng)A板時(shí)，A板電勢(shì)升高為+U，B極板電勢(shì)保持為零，粒子在兩板之間電場(chǎng)中得到加速。每當(dāng)粒子高開B板時(shí)，A板電勢(shì)又突然變?yōu)榱悖Ｗ釉陔妶?chǎng)得一次次加速下動(dòng)能不斷增大，但繞行半徑R卻始終保持不變。

(1)設(shè)t=0時(shí)，粒子靜止在A板小孔處，在電場(chǎng)作用下開始加速，并繞行第一圈。

求粒子繞行n圈回到A板時(shí)獲得的總動(dòng)能。

(2)為使粒子始終保持在半徑為R的圓形軌道上運(yùn)動(dòng)，磁場(chǎng)必須周期性遞增。

求粒子繞行第n圈時(shí)磁感應(yīng)強(qiáng)度應(yīng)為多少？

(3)求粒子繞行n圈所需的總時(shí)間t(粒子通過(guò)A、B之間的時(shí)間不計(jì))

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科目：高中物理 來(lái)源： 題型：

在現(xiàn)代物理學(xué)的研究中，人們利用高能帶電粒子轟擊各種原子核，獲得不同放射性同位素，為臨床醫(yī)學(xué)診斷和治療提供了全新的高科技手段。高能帶電粒子是由小型回旋加速器進(jìn)行加速而獲得，回旋加速器示意如圖。其中置于高真空中的金屬D形盒的半徑為R，兩盒間的距離為d，在左側(cè)D形盒圓心處放有粒子源S，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向如圖所示。帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q。設(shè)帶電粒子從粒子源S進(jìn)入加速電場(chǎng)時(shí)的初速度為零，帶電粒子在加速器中運(yùn)動(dòng)總時(shí)間為t，其中忽略了帶電粒子通過(guò)加速電場(chǎng)的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，帶電粒子在電場(chǎng)中的加速次數(shù)與回旋半圓周的個(gè)數(shù)相同，加速電場(chǎng)的電壓大小可視為恒定、不計(jì)粒子重力。求：

(1)此加速器所需的高頻電源頻率f和加速電壓U。

(2)帶電粒子在右側(cè)D形盒中運(yùn)動(dòng)的相鄰兩個(gè)圓形軌道的半徑之比。

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科目：高中物理 來(lái)源：2003-2004學(xué)年廣東省肇慶市高三（上）第一次統(tǒng)測(cè)物理試卷（解析版） 題型：解答題

高能物理在現(xiàn)代高科技活動(dòng)中具有廣泛的應(yīng)用，如微觀粒子的研究、核能的生產(chǎn)等．粒子加速器是實(shí)現(xiàn)高能粒子的主要途徑．如圖所示為一環(huán)形粒子加速器的示意圖，圖中實(shí)線所示為環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外的大小可調(diào)節(jié)的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，質(zhì)量為m、電量為q的帶正電粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng)．A、B為兩塊中心開有小孔的極板，原來(lái)電勢(shì)都為零，每當(dāng)粒子飛經(jīng)A板時(shí)，A板的電勢(shì)升高為+U，B板電勢(shì)保持為零，粒子在電場(chǎng)中一次次被加速而動(dòng)能不斷增大，但繞行半徑R始終保持不變．
（1）設(shè)t=0時(shí)，粒子靜止在A板小孔處，在電場(chǎng)作用下開始加速、并繞行一圈．求粒子繞行n圈回到A板時(shí)獲得的總動(dòng)能？
（2）為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)行，磁場(chǎng)必須周期性遞增，求粒繞行第n圈時(shí)，磁感應(yīng)強(qiáng)度Bn應(yīng)為多少？
（3）求粒子繞行n圈所需的總時(shí)間t（粒子通過(guò)A、B之間的時(shí)間不計(jì)）
（4）若粒子通過(guò)A、B的時(shí)間不可忽略不計(jì)，請(qǐng)?jiān)谟颐娴淖鴺?biāo)系中定性畫出A板電勢(shì)隨時(shí)間t變化的圖象（要求從t=0起到粒子第三次離開B板時(shí)止．不要求計(jì)算具體的時(shí)間）

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