Question

在粒子加速領(lǐng)域中A．有開創(chuàng)貢獻(xiàn)的物理學(xué)家謝家麟獲得2011年度國家最高科學(xué)技術(shù)獎，該獎項(xiàng)被譽(yù)為是“中國的諾貝爾獎”．謝家麟在上世紀(jì)80年代參勾了北京正負(fù)電子環(huán)艱對撞機(jī)的研究．環(huán)型對撞機(jī)是研究高能粒子的重耍裝S，比荷相等的正、負(fù)離子由靜止都經(jīng)過電壓為U的直線加速器加速后，沿圓環(huán)切線方向同時注入對撞機(jī)的高其空環(huán)狀空腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面乖直的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度人小為B．正、負(fù)離子在環(huán)狀空腔內(nèi)只受洛倫茲力作用而沿相反方向做半徑相等的勻速圓周運(yùn)動，然后在碰撞區(qū)迎面相撞，不考慮相對論效應(yīng)，下列說法正確的是（　　）

• A、.所加的勻強(qiáng)磁場的方向應(yīng)垂直圓環(huán)平面向外
• B、.若加速電壓．一定，離子的比荷

  q

  m

  越大，磁感應(yīng)強(qiáng)度B越小
• C、.磁感應(yīng)強(qiáng)度B-定時，比荷

  q

  m

  相同的離子加速后，質(zhì)量大的離子動能小
• D、.對于給定的正、負(fù)離子，加速電壓U越大，離子在環(huán)狀空腔磁場中的運(yùn)動時間越長

Answer 1

分析：根據(jù)帶電粒子在環(huán)形空腔內(nèi)的運(yùn)動軌跡，運(yùn)用左手定則判斷勻強(qiáng)磁場的方向．根據(jù)帶電粒子在磁場中運(yùn)動的半徑公式r=

mv

qB

判斷磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和比荷的大小關(guān)系．

解答：解：A、負(fù)離子順時針轉(zhuǎn)動，正離子逆時針轉(zhuǎn)動，根據(jù)左手定則知，磁場方向垂直紙面向里．故A錯誤．
B、根據(jù)帶電粒子在磁場中運(yùn)動的半徑公式r=

mv

qB

，結(jié)合qU=

1

2

mv2，解得r=

2mU qB2

，加速電壓一定，離子的比荷

q

m

越大，要維持半徑不變，則磁感應(yīng)強(qiáng)度變小．故B正確．
C、根據(jù)r=

2mU qB2

知，磁感應(yīng)強(qiáng)度一定，比荷相同，則加速電壓相等，根據(jù)qU=

1

2

mv2，電量大的離子動能大．故C錯誤．
D、因?yàn)閞=

mv

qB

，周期T=

2πr

v

=

2πm

qB

．加速電壓變大知運(yùn)動時間不變．故D錯誤．
故選B．

點(diǎn)評：解決本題的關(guān)鍵掌握左手定則判斷洛倫茲力方向、電荷運(yùn)動方向和磁場方向的關(guān)系，以及抓住離子的半徑不變，得出半徑和加速電壓、比荷和磁感應(yīng)強(qiáng)度的關(guān)系．