Question

4．歸納式探究-研究帶電粒子在回旋加速器中的運(yùn)動(dòng)：

（1）磁體周圍存在磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的強(qiáng)弱用磁感應(yīng)強(qiáng)度描述，用符號(hào)B表示，單位是特斯拉，符號(hào)是T．我們可以用磁感線的疏密程度形象地表示磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小．磁感應(yīng)強(qiáng)度大的地方，磁感線密；磁感應(yīng)強(qiáng)度小的地方，磁感線疏．
條形磁體外部的磁感線分布如圖甲所示，則a、b兩點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度較大的是a．
磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向處處相同的磁場(chǎng)叫做勻強(qiáng)磁場(chǎng)．
（2）回旋加速器的原理如圖乙所示，D₁和D₂是兩個(gè)中空的半徑為R的半圓金屬盒，被置于與盒面垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，它們接在電壓一定的交流電源上，從D₁的圓心O處釋放不同的帶電粒子（加速度可以忽略，重力不計(jì)），粒子在兩金屬盒之間被不斷加速，最終離開回旋加速器時(shí)，獲得一定的最大動(dòng)能．改變帶電粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，磁感應(yīng)強(qiáng)度B，金屬盒半徑R，帶電粒子的最大動(dòng)能E1隨之改變．得到數(shù)據(jù)如表：

次數(shù)	m/kg	q/C	B/T	R/m	Ek/J
1	1.62×10-27	1.6×10-19	1×10-2	1	8×10-16
2	3.2×10-27	4.8×10-19	1×10-2	1	36×10-16
3	6.4×10-27	1.6×10-19	1×10-2	1	2×10-16
4	0.8×10-27	1.6×10-19	2×10-2	1	64×10-16
5	1.6×10-27	3.2×10-19	1×10-2	0.5	8×10-16

①E_k=k$\frac{{q}^{2}{B}^{2}{R}^{2}}{m}$，其中k=0.5J•kg/（C²•T²•m²）（填上數(shù)值和單位）．
②對(duì)于質(zhì)量相同的帶電粒子．在半徑相同的回旋加速器中，要獲得相同的最大動(dòng)能，則磁感應(yīng)強(qiáng)度B與帶電粒子的電荷量q關(guān)系可以用圖象中的圖線c表示．

Answer 1

分析 （1）認(rèn)真審題，根據(jù)題意分析圖甲所示情景答題．
（2）應(yīng)用控制變量法分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論；
根據(jù)動(dòng)能的函數(shù)表達(dá)式分析答題．

解答 解：（1）由題意可知，磁感線密集的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度大，磁感線稀疏的地方磁感應(yīng)強(qiáng)度小，由圖甲所示可知，a處磁感線密度，a點(diǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度較大．
（2）①由表中2、4兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)刻度值，在m、q、R相同的情況下，磁感應(yīng)強(qiáng)度變?yōu)樵瓉淼?倍，動(dòng)能變?yōu)樵瓉淼?倍，由此可知，動(dòng)能與磁感應(yīng)強(qiáng)度B的平方成正比，
由表中1、3兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在m、B、R相同的情況下，電荷量變?yōu)樵瓉淼?倍，動(dòng)能變?yōu)樵瓉淼?倍，由此可知，動(dòng)能與電荷量q的平方成正比，
由表中1、2兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在q、B、R相同的情況下，質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼?倍，動(dòng)能變?yōu)樵瓉淼囊话�，由此可知，�?dòng)能與質(zhì)量m成反比，
由表中1、5兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，q、B相同，質(zhì)量變?yōu)樵瓉淼囊话�，半徑變�(yōu)樵瓉淼?倍，動(dòng)能變?yōu)樵瓉淼?8倍，則動(dòng)能與半徑R的平方成正比，
由以上分析可知：E_K=k$\frac{{q}^{2}{B}^{2}{R}^{2}}{m}$，把第一組使用數(shù)據(jù)代入解得，k=0.5J•kg/（C²•T²•m²）；
②對(duì)于同一帶電粒子，在不同的同旋加速器中，q、m相同，B、R不同，由E_K=k$\frac{{q}^{2}{B}^{2}{R}^{2}}{m}$可知，BR=$\frac{1}{q}\sqrt{\frac{m{E}_{K}}{k}}$，由此可知，B與R成反比，由圖丙所示圖象可知，圖線c正確；
故答案為：（1）a；（2）①$\frac{{q}^{2}{B}^{2}{R}^{2}}{m}$；0.5J•kg/（C²•T²•m²）；②c．

點(diǎn)評(píng) 本題考查了判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度大小、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，應(yīng)用控制變量法分析表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)即可正確解題，掌握應(yīng)用控制變量法是正確解題的關(guān)鍵．