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    （18分）如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m、电荷量为q的质子，使质子由静止加速到能量为Ek，由A孔射出，求：

    （1）加速器中匀强磁场B的方向和大小；
    （2）加速器中交变电场的周期；
    （3）设两D形盒间的加速电压为U，质子每次经电场加速后能量增加，加速到上述能量所需时间（不计在电场中的加速时间）。
    （1）方向垂直纸面向里，（2）(3)

    试题分析：（1）由图知质子在D形盒内逆时针转动，根据左手定则，可判断磁场方向垂直纸面向里；当质子离开加速器时，，联立可得；
    （2）质子在加速器内要实验回旋加速，要求盒间电场变化的周期与质子做圆周运动的周期相同，即，结合，可得；
    (3)质子加速一次，所以加速的次数，所以运动的时间。
    练习册系列答案
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    科目：高中物理 来源：不详 题型：问答题

    如图所示，左侧为两间距d=10cm的平行金属板，加上电压；中间用虚线框表示的正三角形内存在垂直纸面向里的匀强磁场B1，三角形底点A与下金属板平齐，AB边的中点P恰好在上金属板的右端点；三角形区域AC右侧也存在垂直纸面向里，范围足够大的匀强磁场B2．现从左端沿中心轴线方向以v0射入一个重力不计的带电微粒，微粒质量m=1.0×10-10kg，带电荷量q=-1.0×10-4C；带电粒子恰好从P点垂直AB边以速度v=2×105m/s进入磁场，则
    （1）求带电微粒的初速度v0；
    （2）若带电微粒第一次垂直穿过AC，则求磁感应强度B1及第一次在B1中飞行时间；
    （3）带电微粒再次经AC边回到磁场B1后，求
    B2
    B1
    的取值在什么范围可以使带电微粒只能从BC边穿出？

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    科目：高中物理 来源：不详 题型：多选题

    如图所示是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内的相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E．板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2．板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是（　　）
    A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
    B．加速电场的电压越大，能通过狭缝P的带电粒子的速率越大
    C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
    B
    E
    D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越大

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    科目：高中物理 来源：不详 题型：问答题

    回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图为回旋加速器的示意图．D1、D2是两个中空的铝制半圆形金属扁盒，在两个D形盒正中间开有一条狭缝，两个D形盒接在高频交流电源上．在D1盒中心A处有粒子源，产生的带正电粒子在两盒之间被电场加速后进入D2盒中．两个D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动，经过半个圆周后，再次到达两盒间的狭缝，控制交流电源电压的周期，保证带电粒子经过狭缝时再次被加速．如此，粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝，一次一次地被加速，速度越来越大，运动半径也越来越大，最后到达D形盒的边缘，沿切线方向以最大速度被导出．已知带电粒子的电荷量为q，质量为m，加速时狭缝间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，狭缝之间的距离为d．设从粒子源产生的带电粒子的初速度为零，不计粒子受到的重力，求：
    （1）带电粒子能被加速的最大动能Ek；
    （2）带电粒子在D2盒中第n个半圆的半径；
    （3）若带电粒子束从回旋加速器输出时形成的等效电流为I，求从回旋加速器输出的带电粒子的平均功率
    .
    P
    ．

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    科目：高中物理 来源：不详 题型：单选题

    美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，能使带电粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量。如图所示为改进后的回旋加速器的示意图，其中距离很小的盒缝间的加速电场的场强大小恒定，且被限制在A、C板间，带电粒子从P0处静止释放，并沿电场线方向进入加速电场，经加速后进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对于这种回旋加速器，下列说法正确的是

    A．带电粒子每运动一周被加速一次
    B．P1P2＝P2P3
    C．粒子能达到的最大速度与D形盒的尺寸无关
    D．加速电场的方向需要做周期性的变化

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    科目：高中物理 来源：不详 题型：单选题

    如图，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m，电量为q的质子，质子每次经过电场区时，都恰好在电压为U时并被加速，且电场可视为匀强电场。质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出，下列说法正确的是
    A．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高，质子的能量E将越大
    B．磁感应强度B不变，若加速电压U不变， D形盒半径R越大、质子的能量E将越大
    C．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高, 质子的在加速器中的运动时间将越长
    D．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高，质子在加速器中的运动时间将越短

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    科目：高中物理 来源：不详 题型：计算题

    （14分）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两个D形盒，分别为D1、D2。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形盒的半径为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。加速器接入一定频率的高频交变电源，加速电压为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D2盒时的速度大小v1；
    （2）求质子第1次经过狭缝被加速后进人D2盒后运动的轨道半径r1；
    （3）求质子从静止开始加速到出口处所需的时间t。

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    科目：高中物理 来源：不详 题型：单选题

    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．离子由加速器的中心附近进入加速器
    B．离子由加速器的边缘进入加速器
    C．离子从磁场中获得能量
    D．离子从电场中获得能量

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    科目：高中物理 来源：不详 题型：单选题

    如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m，电量为q的质子，质子每次经过电场区时，都恰好被电压为U的电场加速，且电场可视为匀强电场，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出 。下列说法正确的是（     ） 
    A．若加速电压U越高,质子的能量E将越大。
    B．若D形盒半径R越大，质子的能量E将越大。
    C．若加速电压U越高,质子在加速器中的运动时间将越长。
    D．若加速电压U越高,质子在加速器中的运动时间将越短。

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