Question

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D₁、D₂构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（　　）

A、离子从电场中获得能量

B、离子从磁场中获得能量

C、增大加速电场的电压可增加离子从回旋加速器中获得的最大动能

D、增大D形盒的半径可增加离子从回旋加速器中获得的最大动能

Answer 1

分析：离子由加速器的中心附近进入加速器，而从边缘离开加速器；洛伦兹力并不做功，而电场力对离子做正功，可知离子能从电场获得能量．当离子在磁场中圆周运动的半径等于D形盒半径时，速度最大，动能最大，根据洛伦兹力充当向心力，列式得到最大动能的表达式，再进行分析增加最大动能的方法．

解答：解：A、离子每次通过D形盒D₁、D₂间的空隙时，电场力做正功，动能增加，所以离子从电场中获得能量．故A正确．
B、离子在磁场中受到的洛伦兹力不做功，不能改变离子的动能，所以离子不能从磁场中获得能量．故B错误．
C、D设D形盒的半径为R，当离子圆周运动的半径等于R时，获得的动能最大，则由Bqv=m

v2

R

可得：
v=

BqR

m

，则最大动能E_km=

1

2

mv²=

B2q2R2

2m

．可见，最大动能与加速电压无关，增大D形盒的半径可增加离子从回旋加速器中获得的最大动能．故C错误，D正确．
故选AD

点评：回旋加速器是利用磁场中的圆周运动使离子反复加速的，加速电场的强弱不会影响最后的动能，但金属盒的半径制约了最大动能，达到最大半径后，粒子无法再回到加速电场继续加速．