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，图为俯视图乙．回旋加速器的核心部分为D形盒，D形盒装在真空容器中，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在场，且与D形盒盒面垂直．两盒间狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计．D形盒半径为R，磁场的磁感应强度为B．设质子从粒子源A处时入加速电场的初速度不计．质子质量为m、电荷量为+q．加速器接一定涉率高频交流电源，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入D形盒运动轨道的半径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？请写出必要的分析及推理．

回旋加速器的D形盒半径为R=0.60m，两盒间距为d=0.01cm，用它来加速质子时可使每个质子获得的最大能量为4.0MeV，加速电压为u=2.0×10⁴ V，求：
（1）该加速器中偏转磁场的磁感应强度B．
（2）质子在D形盒中运动的时间．
（3）在整个加速过程中，质子在电场中运动的总时间．（已知质子的质量为m=1.67×10^-27 kg，质子的带电量e=1.60×10^-19 C）

回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，离子源置于盒的圆心附近，若离子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R_max，其运动轨迹如图所示，问：
（1）盒内有无电场？
（2）粒子在盒内做何种运动？
（3）粒子离开加速器时速度为多大，最大动能为多少？

质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，在科学研究中具有重要应用．如图所示是质谱仪工作原理简图，电容器两极板相距为d，两端电压为U，板间匀强磁场磁感应强度为B₁，一束带电量均为q的正电荷粒子从图示方向射入，沿直线穿过电容器后进入另一匀强磁场B₂，结果分别打在a、b两点，测得两点间的距离为△R，由此可知，打在两点的粒子质量差为△m=______．（粒子重力不计）

长为L，间距也为L的两平行金属板间有垂直向里的匀强磁场，如图所示，磁感应强度为B，今有质量为m、带电量为q的正离子从平行板左端中点以平行于金属板的方向射入磁场．欲使离子不打在极板上，入射离子的速度大小应满足的条件是（　　） 
①v＜

qBL

4m

②v＞

5qBL

4m

③v＞

qBL

m

④

qBL

4m

＜v＜

5qBL

4m

．

A．①②

B．①③

C．②③

D．②④

质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备，它的构造原理如图所示．离子源S产生的各种不同正离子束（速度可视为零），经MN间的加速电压U加速后从小孔S₁垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点．设P到S₁的距离为x，则（　　）

A．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越小

B．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越大

C．只要x相同，对应的离子质量一定相同

D．只要x相同，对应的离子的比荷一定相等

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，使人类在获得较高能量带电粒子方面前进了一步．下图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在A、C板间，如图所示．带电粒子从P₀处以速度v₀沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D型盒中的匀强磁场做匀速圆周运动．对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是（　　）

A．带电粒子每运动一周被加速两次

B．带电粒子每运动一周P1P2=P2P3

C．加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关

D．加速电场方向需要做周期性的变化

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．回旋加速器只能用来加速正离子

B．离子从D形盒之间空隙的电场中获得能量

C．离子在磁场中做圆周运动的周期是加速交变电压周期的一半

D．离子在磁场中做圆周运动的周期是加速交变电压周期的2倍

回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图所示．D₁和D₂是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上．位于D₁圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略），它们在两盒之间被电场加速．当质子被加速到最大动能E_k后，再将它们引出．忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是（　　）

A．若只增大交变电压U，则质子的最大动能Ek会变大

B．若只增大交变电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短

C．若只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子

D．质子第n次被加速前后的轨道半径之比为 n-1 ： n