在現(xiàn)代物理學的研究中，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，勻強磁場的磁感應(yīng)強度為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進入加速電場時的初速度為零，帶電粒子在加速器中運動總時間為t，其中忽略了帶電粒子通過加速電場的運動時間，帶電粒子在電場中的加速次數(shù)與回旋半圓周的個數(shù)相同，加速電場的電壓大小可視為恒定、不計粒子重力。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形盒中運動的相鄰兩個圓形軌道的半徑之比。

解：(1)設(shè)帶電粒子加速后最大速度為v，粒子在D形盒內(nèi)受洛倫茲力作用做勻速圓周運動，由牛頓運動定律有qvB=m，粒子的回旋周期T=，高頻電源的頻率f=,粒子加速后的最大動能EK=mv2，設(shè)粒子在電場中加速的次數(shù)為n，則EK=nqU    又t=n      聯(lián)立以上各式解得U=    

(2)設(shè)經(jīng)過n次加速粒子獲得速度vn，由動能定理得nqU=(n=1，3，5，…)，粒子再次進入右側(cè)D形盒又經(jīng)過兩次加速有(n+2)qU=，第n次時qBvn=m，則Rn=，第n+2次時qBv+2=m，則Rn+2=,聯(lián)立可得(n=1，3，5，…)

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目：高中物理 來源：(課標人教版)2010年《高考風向標》物理　第5章　動量　第1講　沖量　動量　動量定理 人教版 題型：022

動量定理

(1)動量定理：物體所受________的沖量等于物體的________．既I＝Δp

(2)動量定理的理解

①動量定理表明沖量是使物體動量發(fā)生變化的________，沖量是物體動量變化的量度．這里所說的沖量必須是物體所受的________的沖量(或者說是物體所受各外力沖量的矢量和)．

②動量定理給出了沖量(過程量)和動量變化(狀態(tài)量)間的互求關(guān)系．

③現(xiàn)代物理學把力定義為物體動量的變化率：(牛頓第二定律的動量形式)．

④動量定理的表達式是矢量式．在一維的情況下，各個矢量必須以同一個規(guī)定的方向為正．

遇到涉及力、時間和速度變化的問題時．運用動量定理解答往往比運用牛頓運動定律及運動學規(guī)律求解簡便．應(yīng)用動量定理解題的思路和一般步驟為：

(1)明確研究對象和物理過程；

(2)分析研究對象在運動過程中的受力情況；

(3)選取正方向，確定物體在運動過程中始末兩狀態(tài)的動量；

(4)依據(jù)動量定理列方程、求解．

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科目：高中物理 來源： 題型：閱讀理解

材料一：在現(xiàn)代物理學中，為了深入到原子核內(nèi)部，進一步研究物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)和相互作用的規(guī)律，人們用能量很高的帶電粒子去轟擊各種原子核，觀察它們的變化情況.早期制成的加速器就是利用高壓電源的電勢差來加速帶電粒子的.這種類型的加速器受到實際所能達到的電勢差的限制，粒子獲得的能量并不太高.1932年美國物理學家勞倫斯發(fā)明了回旋粒子加速器.如圖所示，下圖為回旋粒子加速器的工作原理圖，AA′間有一交變電場，在中心A0處有粒子源，以一定的初速度v0垂直進入勻強磁場中，在磁場中做勻速圓周運動，經(jīng)過一段時間到達A1時，在A1A1′處受到電場的加速，速率增加到v1.粒子以速率v1在磁場中做勻速圓周運動，又經(jīng)過一段時間，到達A2′，在A2′A2處粒子又一次受到電場的加速，速率增加到v2.如此繼續(xù)下去，每當粒子運動到AA′間時，速率都將一步一步地增大.

材料二：根據(jù)愛因斯坦的狹義相對論觀點，相對論的質(zhì)量速率公式：m=

其中m0表示物體靜止時的質(zhì)量，m表示物體以速率v運動時的質(zhì)量，c表示光速，若質(zhì)點的速率遠小于光速，則m→m0，質(zhì)量保持不變，回到牛頓經(jīng)典力學的觀點.

根據(jù)以上材料回答問題：

(1)為了保證帶電粒子在回旋加速器中如圖所示的那樣不斷被加速，帶電粒子的運動周期T1與交變電場的周期T2之間的關(guān)系為_____________.

(2)在20世紀30年代末發(fā)現(xiàn)，這種回旋加速器加速質(zhì)子時，最高能量僅能達到20 MeV，要想進一步提高質(zhì)子的速度很困難，這是因為_________________________________________.

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科目：高中物理 來源： 題型：

現(xiàn)代物理學認為，光和實物粒子都具有波粒二象性。下列事實突出體現(xiàn)波動性的是

       A．在做雙縫干涉實驗時，如果曝光時間很短，在屏上拍攝的照片是一些不規(guī)則的點子，分辨不清明暗相間的條紋

       B．肥皂液是無色的，吹出的肥皂泡卻是彩色的

       C．質(zhì)量為10-3kg、速度為10-2m/s的小球，其德布羅意波長約為10-23m，不過我們能清晰地觀測到小球運動的軌跡

D．人們常利用熱中子研究晶體的結(jié)構(gòu)，因為熱中子的德布羅意波長與晶體中原子間距大致相同

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科目：高中物理 來源： 題型：

在物理學發(fā)展的過程中，許多科學家做出了貢獻。下列說法正確的是

   A.在探索電磁感應(yīng)現(xiàn)象過程中，有很多人遭遇失敗，包括法國物理學家安培，瑞士人科拉頓，只有法拉第堅持不懈，最終發(fā)現(xiàn)“磁生電”現(xiàn)象

 B. 1947年，由玻爾在科學上的杰出成就及其對丹麥文化的杰出貢獻，丹麥國王破格授予玻爾榮譽徽章。當玻爾必須為自己的禮儀罩袍上選定一個適當圖案時，他選定了中國古代的“太極圖”，并把太極圖放入了其家族的族徽中；同時題詞：“對立物是并協(xié)的（互補的）”。玻爾認為，太極圖形象、準確、完美地表達了并協(xié)原理的深刻內(nèi)涵，是人類對宇宙生成認識表達的極致。玻爾承認中國古代的文明智慧，與現(xiàn)代科學之間深刻的和諧一致，并用東方神秘文化印證了自己當代尖端的科學理論。歷史上玻爾爾首先提出了正、負元電荷概念。

C．伽利略在自由落體運動研究中把實驗和邏輯推理和諧的結(jié)合了起來

D.歷史上卡文迪許等人都確信“平方反比”規(guī)律適用于電荷間的力，但是庫倫最早提出了電荷之間的作用規(guī)律

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