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    1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点，解决了粒子的加速问题。现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。

    某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，图乙为俯视图。回旋加速器的核心部分为D形盒，D形盒装在真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与D形盒底面垂直。两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计，D形盒的半径力R，磁场的磁感应强度为B。设质子从粒子源A处进入加速电场的初速度不计。质子质量为m、电荷量为+q。加速器接一定频率高频交变电源，其电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。

    （1）求质子第1次经过狭缝被加速后进人D形盒运动的轨道半径r1；

    （2）求质子从静止开始加速到出口处所需的时间t；

    （3）如果使用这台回旋加速器加速α粒子，需要进行怎样的改动？请写出必要的分析与推理。

    略


    解析:

     

    （2）

    练习册系列答案
    年级 高中课程 年级 初中课程
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    科目：高中物理 来源： 题型：阅读理解

    材料一：在现代物理学中，为了深入到原子核内部，进一步研究物质的微观结构和相互作用的规律，人们用能量很高的带电粒子去轰击各种原子核，观察它们的变化情况.早期制成的加速器就是利用高压电源的电势差来加速带电粒子的.这种类型的加速器受到实际所能达到的电势差的限制，粒子获得的能量并不太高.1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋粒子加速器.如图所示，下图为回旋粒子加速器的工作原理图，AA′间有一交变电场，在中心A0处有粒子源，以一定的初速度v0垂直进入匀强磁场中，在磁场中做匀速圆周运动，经过一段时间到达A1时，在A1A1′处受到电场的加速，速率增加到v1.粒子以速率v1在磁场中做匀速圆周运动，又经过一段时间，到达A2′，在A2′A2处粒子又一次受到电场的加速，速率增加到v2.如此继续下去，每当粒子运动到AA′间时，速率都将一步一步地增大.

    材料二：根据爱因斯坦的狭义相对论观点，相对论的质量速率公式：m=

    其中m0表示物体静止时的质量，m表示物体以速率v运动时的质量，c表示光速，若质点的速率远小于光速，则m→m0，质量保持不变，回到牛顿经典力学的观点.

    根据以上材料回答问题：

    (1)为了保证带电粒子在回旋加速器中如图所示的那样不断被加速，带电粒子的运动周期T1与交变电场的周期T2之间的关系为_____________.

    (2)在20世纪30年代末发现，这种回旋加速器加速质子时，最高能量仅能达到20 MeV，要想进一步提高质子的速度很困难，这是因为_________________________________________.

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