高中物理教學(xué)論文有關(guān)回旋加速器的高考題的解法.doc

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有關(guān)回旋加速器的高考題的解法 2009年高考江蘇省物理卷的第14題,是一道有關(guān)回旋加速器的綜合題 14.（16分）1932年，勞倫斯和利文斯設(shè)計出了回旋加速器?；匦铀倨鞯墓ぷ髟砣鐖D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)強度為B的勻強磁場與盒面垂直。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） 實際使用中，磁感應(yīng)強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㎞。 14.(1)設(shè)粒子第1次經(jīng)過狹縫后的半徑為r1,速度為v1 qu=mv12 qv1B=m 解得 同理，粒子第2次經(jīng)過狹縫后的半徑 則 （2）設(shè)粒子到出口處被加速了n圈 解得 （3）加速電場的頻率應(yīng)等于粒子在磁場中做圓周運動的頻率，即 當(dāng)磁場感應(yīng)強度為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fmj決定 解得 2005年高考理科綜合能力測試卷的第25題,也是一道有關(guān)回旋加速器的綜合題, 題目是: 解(1)核反應(yīng)方程為 (2)設(shè)質(zhì)子加速后的最大速度為v, 由 (1) 得 (2) 周期為: (3)與速度無關(guān) 高頻電源的頻率為: (4) 質(zhì)子加速后的最大動能為: (5) 設(shè)質(zhì)子在電場中被加速的次數(shù)為n,則 (6) (7) (2)代入(5),(7)代入(6),并且(5)=(6)得:,得加速電壓為: (8). 第(3)問給出兩種解法. (3)解法1 因為在電場中加速的時間每一次不相等,設(shè)第1次為,第2次為,第3次為,……第n次為,每次加速后的軌道半徑分別為r1、r2、r3……rn,則: , …… 在電場中加速的總時間為 ……+=[r1+(r2-r1)+(r3-r2)+……+(R-rn-1)= R= (9) 因為在D形盒中回旋時每一周的時間相等,所以在D形盒中回旋的總時間為 由(8)式得 (10) 所以, 即當(dāng)時,可忽略不計. (3)解法2 在電場中加速的總時間為 (11),其中nd為總路程,為平均速度. 在D形盒中回旋的總時間為 (12),其中為最后半周的路程, 為最后半周的時間, 在D形盒中回旋時每半周的時間相等. 兩式相比得: 即當(dāng)時,可忽略不計. 解本題要注意: 1. 在D形盒中回旋時每半周的時間相等, 在電場中加速的時間每一次不相等. 2. 在D形盒中回旋的總時間為而不是,因為每半周加速1次. 本題比較復(fù)雜,考查的知識點較多,如帶電粒子在電場中的加速, 帶電粒子在磁場中的圓周運動,周期和頻率,還有核反應(yīng)方程等.考查的能力也比較多,有:理解能力:理解帶電粒子的運動圖景;分析和綜合能力:分析帶電粒子在D形盒中回旋時每半周的時間與在D形盒中回旋的總時間的關(guān)系,分析在電場中每一次加速的時間與在電場中加速的總時間的關(guān)系;應(yīng)用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力:公式的推導(dǎo)與變換比較多. 本題設(shè)置的背景比較先進,用物理方法解決生物醫(yī)學(xué)問題,體現(xiàn)了物理學(xué)與科學(xué)、技術(shù)、社會(STS)的緊密關(guān)系,是一道好題.