2013高考物理考點(diǎn)31速度選擇器和回旋加速器.doc

高考物理2009-2012年全國高考考題精選解析 考點(diǎn)31 速度選擇器和回旋加速器 【考點(diǎn)知識方法解讀】 1.回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器，經(jīng)過回旋加速后從加速器的邊緣出加速器，離子通過電場加速從電場中獲得能量?；匦铀倨髁Ｗ舆\(yùn)動周期與狹縫上所加交變電壓的周期相等。 2.回旋加速器狹縫所加交變電壓的周期等于粒子做勻速圓周運(yùn)動的周期，粒子回旋一周加速兩次。由可知粒子加速后的最大動能Ekm=，與加速電壓無關(guān)。 【最新三年高考物理精選解析】 1（2011天津理綜卷）回旋加速器在核科學(xué)、核技術(shù)、核醫(yī)學(xué)等高新技術(shù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，有力地推動了現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 （1）當(dāng)今醫(yī)學(xué)影像診斷設(shè)備PET/CT堪稱“現(xiàn)代醫(yī)學(xué)高科技之冠”，它在醫(yī)療診斷中，常利用能放射正電子的同位素碳11作為示蹤原子。碳11是由小型回旋加速器輸出的高速質(zhì)子轟擊氮14獲得，同時還產(chǎn)生另一粒子，試寫出核反應(yīng)方程。若碳11的半衰期τ為20min，經(jīng)2.0h剩余碳11的質(zhì)量占原來的百分之幾？（結(jié)果取2位有效數(shù)字） （2）回旋加速器的原理如圖，D1和D2是兩個中空的半徑為R的半圓金屬盒，它們接在電壓一定、頻率為f的交流電源上。 位于D1圓心處的質(zhì)子源A能不斷產(chǎn)生質(zhì)子（初速度可以忽略，重力不計），它們在兩盒之間被電場加速，D1、D2置于與盒面垂直的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中。若質(zhì)子束從回旋加速器輸出時的平均功率為P，求輸出時質(zhì)子束的等效電流I與P、B、R、f的關(guān)系式（忽略質(zhì)子在電場中的運(yùn)動時間，其最大速度遠(yuǎn)小于光速） （3）試推理說明：質(zhì)子在回旋加速器中運(yùn)動時，隨軌道半徑r的增大，同一盒中相鄰軌道的半徑之差△r是增大、減小還是不變？ T與頻率f的關(guān)系得 ⑤ 設(shè)在t時間內(nèi)離開加速器的質(zhì)子數(shù)為N，則質(zhì)子束從回旋加速器輸出時的平均功率 ⑥ 輸出時質(zhì)子的等效電流 ⑦ 由上述各式得 ⑧ 知，則 整理得 ⑩ 因U、q、m、B均為定值，令由上式得 相鄰軌道半徑、之差 同理 因?yàn)?，比較、得 < 說明隨軌道半徑r的增大，同一盒中相鄰軌道的半徑之差△r減小。 方法二： 大小為 同理，質(zhì)子第次進(jìn)入D2時，速度大小為 綜合上述各式得 整理得 2.（2008廣東物理）1930年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是 A．離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器 B．離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器 C．離子從磁場中獲得能量 D．離子從電場中獲得能量 【答案】AD 【解析】：由回旋加速器原理可知，離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器，經(jīng)過回旋加速后從加速器的邊緣出加速器，離子通過電場加速從電場中獲得能量，選項AD正確。 3.（2009江蘇物理）1932年，勞倫斯和利文斯設(shè)計出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如圖所示，置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場與盒面垂直。A處粒子源產(chǎn)生的粒子，質(zhì)量為m、電荷量為+q ，在加速器中被加速，加速電壓為U。加速過程中不考慮相對論效應(yīng)和重力作用。 （1） 求粒子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比； （2） 求粒子從靜止開始加速到出口處所需的時間t ； （3） 實(shí)際使用中，磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場頻率都有最大值的限制。若某一加速器磁感應(yīng)強(qiáng)度和加速電場頻率的最大值分別為Bm、fm，試討論粒子能獲得的最大動能E㎞。 解得 （3）加速電場的頻率應(yīng)等于粒子在磁場中做圓周運(yùn)動的頻率，即 當(dāng)磁場感應(yīng)強(qiáng)度為Bm時，加速電場的頻率應(yīng)為 粒子的動能 當(dāng)≤時，粒子的最大動能由Bm決定。 解得 當(dāng)≥時，粒子的最大動能由fm決定 解得