2013高考物理考點31速度選擇器和回旋加速器.doc

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高考物理2009-2012年全國高考考題精選解析考點31 速度選擇器和回旋加速器【考點知識方法解讀】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\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)?！咀钚氯旮呖嘉锢砭x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)強度為B的勻強磁場中。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)子在電場中的運動時間，其最大速度遠小于光速）（3）試推理說明：質(zhì)子在回旋加速器中運動時，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輸出時質(zhì)子的等效電流由上述各式得知，則整理得因U、q、m、B均為定值，令由上式得相鄰軌道半徑、之差同理因為，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入加速器B離子由加速器的邊緣進入加速器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?；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。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)為粒子的動能當時，粒子的最大動能由Bm決定。解得當時，粒子的最大動能由fm決定解得