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          1932年美國(guó)物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地利用帶電粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，解決了粒子的加速問(wèn)題�，F(xiàn)在回旋加速器被廣泛應(yīng)用于科學(xué)研究和醫(yī)學(xué)設(shè)備中。某型號(hào)的回旋加速器的工作原理如圖甲所示，圖為俯視圖乙�；匦铀倨鞯暮诵牟糠譃镈形盒，D形盒裝在真空容器中，整個(gè)裝置放在巨大的電磁鐵兩極之間的強(qiáng)大磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)可以認(rèn)為是勻強(qiáng)在場(chǎng)，且與D形盒盒面垂直。兩盒間狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可以忽略不計(jì)。D形盒半徑為R，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。設(shè)質(zhì)子從粒子源A處時(shí)入加速電場(chǎng)的初速度不計(jì)。質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為+q。加速器接一定涉率高頻交流電源，其電壓為U。加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力作用。 
          （1）求質(zhì)子第1次經(jīng)過(guò)狹縫被加速后進(jìn)入D形盒運(yùn)動(dòng)軌道的半徑r1； 
          （2）求質(zhì)子從靜止開(kāi)始加速到出口處所需的時(shí)間t； 
          （3）如果使用這臺(tái)回旋加速器加速α粒子，需要進(jìn)行怎樣的改動(dòng)？請(qǐng)寫(xiě)出必要的分析及推理。 
          

              
          			
          


			
          

		
          
		
		
	
          
		
          
			
          
				
          
				
          解：（1）設(shè)質(zhì)子第1次經(jīng)過(guò)狹縫被加速后的速度為v1
           ①
           ② 
          聯(lián)立①②解得：
          （2）設(shè)質(zhì)子從靜止開(kāi)始加速到出口處被加速了n圈，質(zhì)子在出口處的速度為v
           ③
           ④
           ⑤
           ⑥ 
          聯(lián)立③④⑤⑥解得
          （3）回旋加速器正常工作時(shí)高頻電壓的頻率必須與粒子回旋的頻率相同。設(shè)高頻電壓的頻率為f，則
          當(dāng)速α粒子時(shí)α粒子的比荷為質(zhì)子比荷的2倍，，所以不用直接使用
          改動(dòng)方法一：讓回旋磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度加倍
          改動(dòng)方法二：讓加速高頻電壓的頻率減半 
          				
          
							
          
			
          
			
          
			
			
          
		
          
	
          

		
          

		





			
          
		
          
		
				
          
				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：閱讀理解
			
          

						
          材料一：在現(xiàn)代物理學(xué)中，為了深入到原子核內(nèi)部，進(jìn)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(shì)差來(lái)加速帶電粒子的.這種類型的加速器受到實(shí)際所能達(dá)到的電勢(shì)差的限制，粒子獲得的能量并不太高.1932年美國(guó)物理學(xué)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(chǎng)，在中心A0處有粒子源，以一定的初速度v0垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間到達(dá)A1時(shí)，在A1A1′處受到電場(chǎng)的加速，速率增加到v1.粒子以速率v1在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，又經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，到達(dá)A2′，在A2′A2處粒子又一次受到電場(chǎng)的加速，速率增加到v2.如此繼續(xù)下去，每當(dāng)粒子運(yùn)動(dòng)到AA′間時(shí)，速率都將一步一步地增大.
          材料二：根據(jù)愛(ài)因斯坦的狹義相對(duì)論觀點(diǎn)，相對(duì)論的質(zhì)量速率公式：m=
          其中m0表示物體靜止時(shí)的質(zhì)量，m表示物體以速率v運(yùn)動(dòng)時(shí)的質(zhì)量，c表示光速，若質(zhì)點(diǎn)的速率遠(yuǎn)小于光速，則m→m0，質(zhì)量保持不變，回到牛頓經(jīng)典力學(xué)的觀點(diǎn).
          根據(jù)以上材料回答問(wèn)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(yùn)動(dòng)周期T1與交變電場(chǎng)的周期T2之間的關(guān)系為_(kāi)____________.
          (2)在20世紀(jì)30年代末發(fā)現(xiàn)，這種回旋加速器加速質(zhì)子時(shí)，最高能量?jī)H能達(dá)到20 MeV，要想進(jìn)一步提高質(zhì)子的速度很困難，這是因?yàn)開(kāi)________________________________________.
          

			
          

			
          
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