Question

（2013?許昌三模）如圖所示為一種獲得高能粒子的裝置，環(huán)形區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào)的均勻磁場（環(huán)形區(qū)域的寬度非常�。�．質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子可在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動．A、B為兩塊中心開有小孔的距離很近的極板，原來電勢均為零，每當(dāng)帶電粒子經(jīng)過A板準(zhǔn)備進(jìn)入AB之間時(shí)，A板電勢升高為+U，B板電勢仍保持為零，粒子在兩板間的電場中得到加速．每當(dāng)粒子離開B板時(shí)，A板電勢又降為零．粒子在電場中一次次加速下動能不斷增大，而在環(huán)形磁場中繞行半徑R不變．（設(shè)極板間距遠(yuǎn)小于R） 下列說法正確的是（　　）

• A．粒子從A板小孔處由靜止開始在電場力作用下加速，繞行n圈后回到A板時(shí)獲得的總動能為2nqU
• B．粒子在繞行的整個(gè)過程中，每一圈的運(yùn)動時(shí)間不變
• C．為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)動，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小必須周期性遞減
• D．粒子繞行第n圈時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為

  1

  R

  2nmU q

Answer 1

分析：A、根據(jù)動能定理，即可求解；
B、根據(jù)粒子在電場中電場力做功，導(dǎo)致動能變化，來確定A板電勢不能恒定，否則就得不到持續(xù)加速；
C、根據(jù)粒子始終保持做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動，結(jié)合周期公式T=2π

R

vn

求解；
D、根據(jù)動能定理與牛頓第二定律相結(jié)合，即可求解．

解答：解：A、粒子在電場中加速，根據(jù)動能定理，有E_n=nqU，故A錯誤；
B、粒子始終保持做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動，T=2π

R

vn

，顯然因粒子能量不同，其速度也不同，則周期不可能不變，故B錯誤；
C、根據(jù)運(yùn)動軌跡的半徑公式，R=

mv

Bq

，為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)動，因速度增大，則磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小必須周期性遞增，故C錯誤；
D、由動能定理知 nqU=

1

2

mv

2 n

；得到v_n=

2nqU m

；
由牛頓第二定律，則有：m

v 2 n

R

=qv_nB_n
解得：B_n=

mvn

qR

，以v_n結(jié)果代入，得B=

1

R

2nmU q

，故D正確；
故選：D．

點(diǎn)評：考察動能定理，牛頓第二定律的應(yīng)用，掌握線速度與周期的關(guān)系，理解粒子在電場中加速的原理．