Question

5．某一回旋加速器，兩半圓形金屬盒的半徑為R，它們之間的電壓為U，所處的磁場的感應(yīng)強(qiáng)度為B，帶電粒子的質(zhì)量為m，電荷量為q，則帶電粒子在磁場中的周期為$\frac{2πm}{qB}$所能獲得的最大動能為$\frac{{q}^{2}{B}^{2}{R}^{2}}{2m}$．

Answer 1

分析 被加速離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器，而從邊緣離開加速器；由洛倫茲力提供向心力即可求出粒子的速度，再由動能的表達(dá)式即可求出動能，結(jié)合周期與速度的關(guān)系即求出周期．

解答 解：由粒子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動，洛倫茲力提供向心力，根據(jù)牛頓第二定律，有：qvB=m$\frac{{v}_{m}^{2}}{R}$
粒子的最大速度：${v}_{m}=\frac{qBR}{m}$
所以，粒子加速后的最大動能：${E}_{km}=\frac{1}{2}m{v}_{m}^{2}$=$\frac{{q}^{2}{B}^{2}{R}^{2}}{2m}$，可知粒子的最大動能與加速電壓無關(guān)，與加速的次數(shù)無關(guān)．
粒子在磁場中運(yùn)動的周期：$T=\frac{2πR}{v}=\frac{2πm}{qB}$，由于粒子在D型盒中每半個周期被加速一次，所以交變電壓的變化周期與粒子在磁場中運(yùn)動的周期相等，為$\frac{2πm}{qB}$
故答案為：$\frac{2πm}{qB}$，$\frac{{q}^{2}{B}^{2}{R}^{2}}{2m}$

點(diǎn)評 了解并理解了常用實(shí)驗(yàn)儀器或?qū)嶒?yàn)器材的原理到考試時我們就能輕松解決此類問題．牢記該結(jié)論也可以正確解答該題．