2013高中物理热点回旋加速器知识点与习题高考题总结.docx

高频考点复习：回旋加速器 一、带点粒子在电场中的加速问题 问题 1．如何使一个带电的微粒获得速度（能量）？ 由动能定理 W EK qU 1 mv2 v 2qU 2 m 问题 2.如何使一个带电粒子获得很大的速度 (能量 )? 图 拓展： 如 : ①增大加速电压；②使微粒的核质比增大，等等。 问题 3.带电粒子一定，即 q/m 一定，要使带电粒子获得的能量增大，可采取什么方法？ 问题 4.实际所加的电压，能不能使带电粒子达到所需要的能量？（不能）怎么办？ 多级加速 ::带电粒子增加的动能为 E 1 mv2 1 mv02 qU 2 2 qU 1 qU 2 qU n q(U 1 U 2 U 3 U n ) 图４ 分析：方法可行，但所占的空间范围大。能不能在较小的范围内实现多级加速呢？ 二、 回旋加速器 1、回旋加速器 图５ （1）回旋加速器的构造：两个 D 形金属盒，粒子源，半径为 RD, 大型电磁铁，高频振荡交变电压 U. （2）用途：回旋加速器是产生 大量高能量的带电粒子的实验设备． (3 ) 原理： a.电场加速： qU 1 mv 2 b. 磁场约束偏转： BqV mv2 ， r mv 2 r Bq C ．加速条件：高频交流电源的周期与带电粒子在 D形盒中运动的周期相同，即： T电场 T回旋 （4）高频考点： (1) 回旋加速器中的 D 形金属盒，它的作用是静电屏蔽 . 回旋加速器最后使粒子得到的  2 m Bq mvmax 2 BqR , 最大动能： Emax= 1 mv2 B2q2RD 2 最大速度： BqV ，（R 为 D 形盒半径） V max R m 2 2m (3) 交变电压的周期与带电粒子做匀速圆周运动的周期相等： T交 2 m T粒 Bq (4) M 和 N间的加速电场很窄 , 可忽略加速时间 . 故粒子在回旋加速器中运动时间为 : 2 ， t n T , t B2 RD 2 nUq mvmax max 1 2 m 2 2 Uq 2 Bq 2U 第1页 共7页 m vmax 2 T Vmax 带电粒子在电场中的时间不能忽略：t t1 t 2 ， t2 n 或者 Ft1 mvmax , nUq , t1 a 2 2 回旋加速器的优点是体积小 , 缺点是粒子的能量不会很高 . 按照狭义相对论 , 当粒子速度接近光速时 , 质量变大 , 则圆周运动的周期发生变化 , 粒子就不会总是赶上加速电场 , 这破坏了回旋加速器的工作条件 . 命题分析 考查方式一 定性考查回旋加速器 【命题分析】 定性考查回旋加速器一般以选择题出现，难度一般不大。 例 1（ 2008 广东物理卷第 4 题） 1930 年劳伦斯制成了世界 上第一台回旋加速器，其原理如图 1 所示， 这台加速器由两个铜质 D形盒 D1 、D2 构成，其间留有空隙，下列说法正确的是 A．离子由加速器的中心附近进入加速器 B．离子由加速器的边缘进入加速器 C．离子从磁场中获得能量 D．离子从电场中获得能量 考查方式二 定量考查回旋加速器 【命题分析】 定量考查回旋加速器一般以计算题出现，难度一般较大。 图 2 例 2（2009 年江苏物理第 14 题） 1932 年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器 . 回旋加速器的工作原理如图 2 所示，置于高真空中 的 D 形金属盒半径为 R，两盒间的狭缝很小， 带电粒子穿过的时间可以忽略不计 . 磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直 .A 处粒子源 产生的粒子，质量为 m、电荷量为 +q ，在加速器中被加速，加速电压为 U. 加速过程中不考虑相对论效应和重力作用. 1）求粒子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之比； 2）求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t ； （3）实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制 . 若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为 Bm、f m， 试讨论粒子能获得的最大动能 Ekm. 考查方式三 与其它知识综合定量考查回旋加速器 【命题分析】回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域有广泛应用， 与其它知识综合定量考查回旋加速器可体现 高考 理综的综合性。试题一般作 为压轴题，分值高，难度较大。 例 3．（2011 天津理综物理第 12 题）（1）当今医学影像诊断设备 PET/CT 堪称“现代医学高科技之冠” ，它在医疗诊断中，常利用能 放射正电子的同位素碳 11 作示踪原子。 碳 11 是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮 14 获得，同时还产生另一粒子， 试写出核 反应方程。若碳 11 的半衰期 t 为 20min ，经 2.0h 剩余碳 11 的质量占原来的百分之