人教版(新教材)高中物理選擇性必修2學(xué)案3：1 4質(zhì)譜儀與回旋加速器

人教版(新教材)高中物理選擇性必修第二冊(cè)PAGEPAGE11.4質(zhì)譜儀與回旋加速器〖學(xué)習(xí)目標(biāo)〗1.知道質(zhì)譜儀的構(gòu)造和原理。2.知道回旋加速器的構(gòu)造和原理。3.會(huì)利用力和運(yùn)動(dòng)的知識(shí)分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況?！甲灾鲗W(xué)習(xí)〗知識(shí)點(diǎn)一質(zhì)譜儀〖新知導(dǎo)入〗觀察下列圖片(1)S1、S2之間的電場(chǎng)起什么作用？(2)粒子打在底片上的位置到S3的距離有多大？〖知識(shí)梳理〗1.原理：如圖所示，帶電粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后垂直于磁場(chǎng)方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打在照相底片上，不同質(zhì)量的粒子在照相底片上位置不同。2.加速：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的加速電場(chǎng)被加速，由動(dòng)能定理得eq\f(1,2)mv2＝qU，由此可知v＝eq\r(\f(2qU,m))。3.偏轉(zhuǎn)：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，有qvB＝eq\f(mv2,r)。4.結(jié)論：r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))，測(cè)出粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑r，可算出粒子的質(zhì)量m或比荷eq\f(q,m)。5.應(yīng)用：可以測(cè)定帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素?！夹≡嚺５丁?.判斷正誤。(1)質(zhì)譜儀中的加速電場(chǎng)使粒子獲得速度。()(2)質(zhì)譜儀中的磁場(chǎng)使帶電粒子偏轉(zhuǎn)打在照相底片上。()(3)利用質(zhì)譜儀可以測(cè)得帶電粒子的比荷。()(4)在某一質(zhì)譜儀中，若不同粒子飄入加速電場(chǎng)后到達(dá)底片的不同點(diǎn)，它們的質(zhì)量一定不同。()2.質(zhì)譜儀是測(cè)量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的一種儀器，它的工作原理如圖所示，帶電粒子(不計(jì)重力，初速度為0)經(jīng)同一電場(chǎng)加速后，垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，然后利用相關(guān)規(guī)律計(jì)算出帶電粒子質(zhì)量。虛線(xiàn)為某粒子運(yùn)動(dòng)軌跡，由圖可知()A.此粒子帶負(fù)電 B.下極板S2比上極板S1電勢(shì)高C.若只減小加速電壓U，則半徑r變大 D.若只減小入射粒子的質(zhì)量，則半徑r變小知識(shí)點(diǎn)二回旋加速器〖新知導(dǎo)入〗如何獲得能量極高的粒子？產(chǎn)生過(guò)高的電壓在技術(shù)上可行嗎？〖知識(shí)梳理〗1.構(gòu)造：兩個(gè)半圓形金屬盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩金屬盒間接交流電源，如圖所示。2.原理：粒子源產(chǎn)生的帶電粒子在兩盒之間被電場(chǎng)加速,在金屬盒內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。經(jīng)半個(gè)圓周之后,金屬盒間電場(chǎng)反向,粒子又被加速。如此,粒子一次次被加速使速度增加到很大。3.條件：高頻交流電源的周期與帶電粒子在D形盒中的運(yùn)動(dòng)周期相同。粒子每經(jīng)過(guò)兩金屬盒縫隙時(shí)都被加速，其軌道半徑就大一些，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期不變。4.最大動(dòng)能：由qvB＝eq\f(mv2,R)和Ek＝eq\f(1,2)mv2，聯(lián)立解得Ek＝eq\f(q2B2R2,2m)(R為D形盒的半徑)，即粒子在回旋加速器中獲得的最大動(dòng)能與q、m、B、R有關(guān)，與加速電壓無(wú)關(guān)?！夹≡嚺５丁?.判斷正誤。(1)回旋加速器加速電場(chǎng)的周期可以不等于粒子的回旋周期。()(2)回旋加速器的半徑越大，帶電粒子獲得的最大動(dòng)能就越大。()(3)利用回旋加速器加速帶電粒子，要提高加速粒子的最終能量，應(yīng)盡可能增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑R。()(4)回旋加速器中帶電粒子的動(dòng)能來(lái)自于磁場(chǎng)。()2.〖多選〗一個(gè)用于加速質(zhì)子的回旋加速器，其核心部分如圖所示。D形盒半徑為R，垂直D形盒底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，兩盒分別與交流電源相連。設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量為m、電荷量為q，則下列說(shuō)法正確的是()A.D形盒之間交變電場(chǎng)的周期為eq\f(2πm,qB)B.質(zhì)子被加速后的最大速度隨B、R的增大而增大C.質(zhì)子被加速后的最大速度隨加速電壓的增大而增大D.質(zhì)子離開(kāi)加速器時(shí)的動(dòng)能與R成正比〖考點(diǎn)剖析〗一、質(zhì)譜儀〖問(wèn)題探究1〗質(zhì)譜儀能區(qū)分氘核(eq\o\al(2,1)H)與氦核(eq\o\al(4,2)He)嗎？〖要點(diǎn)歸納〗粒子的比荷eq\f(q,m)叫作比荷，即電荷量與質(zhì)量的比值。由r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))可知，如果帶電粒子的電荷量相同，質(zhì)量有微小差別，就會(huì)打在照相底片上的不同位置，可以測(cè)出圓周的半徑，進(jìn)而可以算出粒子的比荷?！祭}1〗質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖所示。離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束(初速度可看作為零)，經(jīng)加速電場(chǎng)(加速電場(chǎng)極板間的距離為d、電勢(shì)差為U)加速，然后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),最后到達(dá)記錄它的照相底片P上。設(shè)離子在P上的位置與入口處S1之間的距離為x。(1)求該離子的比荷eq\f(q,m)；(2)若離子源產(chǎn)生的是帶電荷量為q、質(zhì)量為m1和m2的同位素離子(m1＞m2)，它們分別到達(dá)照相底片上的P1、P2位置(圖中未畫(huà)出)，求P1、P2間的距離Δx。規(guī)律方法分析質(zhì)譜儀問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上就是分析帶電粒子在電場(chǎng)(或相互垂直的電磁場(chǎng))中的直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)和在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的組合。分析時(shí)要根據(jù)帶電粒子在不同場(chǎng)區(qū)的運(yùn)動(dòng)規(guī)律列出對(duì)應(yīng)的方程，然后由題目要求得出正確的結(jié)論。二、回旋加速器〖問(wèn)題探究2〗觀察圖片。帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期有什么特點(diǎn)？〖要點(diǎn)歸納〗1.交變電壓的周期帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期T＝eq\f(2πm,qB)，與速率、半徑均無(wú)關(guān)。運(yùn)動(dòng)相等的時(shí)間(半個(gè)周期)后進(jìn)入電場(chǎng)，為了保證帶電粒子每次經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)都被加速，須在狹縫兩側(cè)加上跟帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)周期相同的交變電壓，所以交變電壓的周期也與粒子的速率、半徑無(wú)關(guān)，由帶電粒子的比荷和磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度決定。2.帶電粒子的最終能量由r＝eq\f(mv,qB)知，當(dāng)帶電粒子的運(yùn)動(dòng)半徑最大時(shí)，其速度也最大，若D形盒半徑為R，則帶電粒子的最終動(dòng)能Ekmax＝eq\f(q2B2R2,2m)?？梢?jiàn)，要提高加速粒子的最終能量，應(yīng)盡可能地增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B和D形盒的半徑R。3.粒子被加速次數(shù)的計(jì)算粒子在回旋加速器盒中被加速的次數(shù)n＝eq\f(Ekmax,Uq)(U是加速電壓的大小)，一個(gè)周期加速兩次。加速電壓小，每一次獲得的能量小，加速次數(shù)就多。4.粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t1，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為t2＝eq\f(n,2)T＝eq\f(nπm,qB)(n是粒子被加速次數(shù))，總時(shí)間為t＝t1＋t2，因?yàn)閠1?t2，一般認(rèn)為在盒內(nèi)的時(shí)間近似等于t2。〖例題2〗用來(lái)加速帶電粒子的回旋加速器的結(jié)構(gòu)示意圖如圖甲所示，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，兩盒分別與高頻電源相連。帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示。忽略帶電粒子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，則下列判斷正確的是()A.在Ek-t圖像中應(yīng)有t4－t3<t3－t2<t2－t1B.加速電壓越大，粒子最后獲得的動(dòng)能就越大C.粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動(dòng)能一定越大D.要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加D形盒的面積規(guī)律方法(1)無(wú)論高頻電源的電壓大小是否變化，只要其頻率與帶電粒子在磁場(chǎng)中的轉(zhuǎn)動(dòng)頻率相等，粒子總被加速，由于D形盒間狹縫很小，粒子經(jīng)過(guò)狹縫時(shí)間很短，可以忽略不計(jì)。(2)粒子在加速器中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間可看作粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，其大小約為t＝eq\f(Ekmax,2qU)T(電場(chǎng)中加速次數(shù)不一定為偶數(shù)倍，粒子并不是從D形盒間狹縫處飛出)。三、帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的簡(jiǎn)單問(wèn)題〖要點(diǎn)歸納〗1.復(fù)合場(chǎng)一般是指電場(chǎng)、磁場(chǎng)和重力場(chǎng)在同一區(qū)域并存，或其中兩種場(chǎng)并存。2.三種場(chǎng)力的特點(diǎn)(1)重力的方向始終豎直向下，重力做功與路徑無(wú)關(guān)，重力做的功等于重力勢(shì)能的減少量。(2)靜電力的方向與電場(chǎng)方向相同或相反，靜電力做功與路徑無(wú)關(guān)，靜電力做的功等于電勢(shì)能的減少量。(3)洛倫茲力的大小和速度方向與磁場(chǎng)方向的夾角有關(guān)，方向始終垂直于速度v和磁感應(yīng)強(qiáng)度B共同決定的平面。無(wú)論帶電粒子做什么運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力始終不做功。3.分析思路(1)受力分析：對(duì)帶電粒子進(jìn)行受力分析時(shí)必須注意是否考慮重力。①對(duì)于微觀粒子，如電子、質(zhì)子、離子等，若無(wú)特殊說(shuō)明，一般不考慮重力；對(duì)于宏觀帶電物體，如帶電小球、塵埃、油滴、液滴等，若無(wú)特殊說(shuō)明，一般需要考慮重力。②對(duì)于題目中明確說(shuō)明需要考慮重力的，這種情況較簡(jiǎn)單。③不能直接判斷是否需要考慮重力的，在進(jìn)行受力分析和運(yùn)動(dòng)分析時(shí)，由分析結(jié)果確定是否考慮重力。(2)運(yùn)動(dòng)分析：帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做什么運(yùn)動(dòng)，取決于帶電粒子所受的合外力及其初始狀態(tài)，因此應(yīng)把帶電粒子的運(yùn)動(dòng)情況和受力情況結(jié)合起來(lái)進(jìn)行分析。①當(dāng)帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中所受的合外力為零時(shí)，粒子將保持靜止或做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。②當(dāng)帶電粒子所受的合外力與運(yùn)動(dòng)方向在同一條直線(xiàn)上時(shí)，粒子將做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。③當(dāng)帶電粒子所受的合外力充當(dāng)向心力時(shí)，粒子將做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。④當(dāng)帶電粒子所受合外力的大小、方向都不斷變化時(shí)，粒子將做變速運(yùn)動(dòng)。(3)做功與能量分析①電荷在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，電場(chǎng)力要對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷做功(在等勢(shì)面上運(yùn)動(dòng)除外)，而電荷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁場(chǎng)力一定不會(huì)對(duì)電荷做功。②電荷在復(fù)合場(chǎng)中做較復(fù)雜的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用能量的觀點(diǎn)分析，包括動(dòng)能定理和能量(或機(jī)械能)守恒定律?！祭}3〗如圖所示，質(zhì)量為m、帶電荷量為q的微粒，以與水平方向成45°角的速度v進(jìn)入勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)同時(shí)存在的空間后，做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)。求：(1)電場(chǎng)強(qiáng)度的大小，該帶電微粒帶何種電荷；(2)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小。

規(guī)律方法解答帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的方法(1)正確進(jìn)行受力分析，要特別注意電場(chǎng)力和洛倫茲力的分析。(2)正確進(jìn)行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分析，找出速度、位移及其變化，分清運(yùn)動(dòng)過(guò)程，畫(huà)出運(yùn)動(dòng)過(guò)程示意圖。如果出現(xiàn)臨界狀態(tài)，要分析臨界條件。(3)恰當(dāng)選用解題方法①帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)受力平衡列方程求解。②帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和圓周運(yùn)動(dòng)知識(shí)進(jìn)行求解。③帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí)進(jìn)行求解。④帶電粒子在復(fù)合場(chǎng)中做較為復(fù)雜的曲線(xiàn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，一般用能量觀點(diǎn)分析，包括動(dòng)能定理和機(jī)械能(或能量)守恒定律。⑤對(duì)于臨界問(wèn)題，要注意挖掘隱含條件?！颊n堂達(dá)標(biāo)〗1.現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如圖所示，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開(kāi)始被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開(kāi)磁場(chǎng)。若某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開(kāi)始被同一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開(kāi)磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為()A.11B.12C.121D.1442.〖多選〗勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出回旋加速器，工作原理示意圖如圖所示。置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可忽略。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U。若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為＋q，在加速器中被加速，且加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響。則下列說(shuō)法正確的是()A.質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過(guò)2πRfB.質(zhì)子離開(kāi)回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比C.質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為eq\r(2)∶1D.不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，該回旋加速器的最大動(dòng)能不變3.一臺(tái)質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示，電荷量均為＋q、質(zhì)量不同的離子飄入電壓為U0的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為零。這些離子經(jīng)加速后通過(guò)狹縫O沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后打在底片上。已知放置底片的區(qū)域MN＝L，且OM＝L。某次測(cè)量發(fā)現(xiàn)MN中左側(cè)eq\f(2,3)區(qū)域MQ損壞，檢測(cè)不到離子，但右側(cè)eq\f(1,3)區(qū)域QN仍能正常檢測(cè)到離子。在適當(dāng)調(diào)節(jié)加速電壓后，原本打在MQ區(qū)域的離子即可在QN區(qū)域檢測(cè)到。(1)求原本打在MN中點(diǎn)P的離子的質(zhì)量m；(2)為使原本打在P點(diǎn)的離子能打在QN區(qū)域，求加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍。4.回旋加速器的工作原理如圖甲所示，置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間狹縫的間距為d，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，被加速粒子的質(zhì)量為m，電荷量為＋q，加在狹縫間的交變電壓如圖乙所示，電壓值的大小為U0，周期T＝eq\f(2πm,qB)。一束該粒子在t＝0～eq\f(T,2)時(shí)間內(nèi)從A處均勻地飄入狹縫，其初速度視為零?，F(xiàn)考慮粒子在狹縫中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，假設(shè)能夠出射的粒子每次經(jīng)過(guò)狹縫均做加速運(yùn)動(dòng)，不考慮粒子間的相互作用。求：(1)出射粒子的動(dòng)能Ek；(2)粒子從飄入狹縫至動(dòng)能達(dá)到Ek所需的總時(shí)間t0。

▁▃▅▇█參*考*答*案█▇▅▃▁〖自主學(xué)習(xí)〗知識(shí)點(diǎn)一質(zhì)譜儀〖新知導(dǎo)入〗(1)使粒子加速，獲得一定的速度。(2)eq\f(2,B)eq\r(\f(2mU,q))?！夹≡嚺５丁?.×√√√2.〖答案〗D〖解析〗由粒子在磁場(chǎng)中向左偏轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則可知，該粒子帶正電，故A錯(cuò)誤；帶正電粒子經(jīng)過(guò)電場(chǎng)加速，則下極板S2比上極板S1電勢(shì)低，故B錯(cuò)誤。根據(jù)動(dòng)能定理可得qU＝eq\f(1,2)mv2，根據(jù)洛倫茲力提供粒子做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力可得qvB＝meq\f(v2,r)，聯(lián)立解得r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))，若只減小加速電壓U，則半徑r減小，故C錯(cuò)誤；若只減小粒子的質(zhì)量，則半徑r減小，故D正確。知識(shí)點(diǎn)二回旋加速器〖新知導(dǎo)入〗可以通過(guò)電場(chǎng)加速獲得高能粒子。產(chǎn)生過(guò)高的電壓在技術(shù)上是很困難的?！夹≡嚺５丁?.×√√×2.〖答案〗AB〖解析〗D形盒之間交變電場(chǎng)的周期等于質(zhì)子在磁場(chǎng)中回旋的周期eq\f(2πm,qB)，A正確；由r＝eq\f(mv,qB)可知，當(dāng)r＝R時(shí)，質(zhì)子速度最大，vmax＝eq\f(qBR,m)，即B、R越大，vmax越大，vmax與加速電壓無(wú)關(guān)，B正確，C錯(cuò)誤；質(zhì)子離開(kāi)加速器時(shí)的動(dòng)能Ekmax＝eq\f(1,2)mvmax2＝eq\f(q2B2R2,2m)，故D錯(cuò)誤?！伎键c(diǎn)剖析〗〖問(wèn)題探究1〗由r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))可知，對(duì)比荷eq\f(q,m)相同的氘核和氦核，其半徑相同，打在底片的同一位置，故不能區(qū)分。〖例題1〗〖答案〗(1)eq\f(8U,B2x2)(2)eq\f(2\r(2qU),Bq)(eq\r(m1)－eq\r(m2))〖解析〗(1)離子在電場(chǎng)中加速，由動(dòng)能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律得qvB＝meq\f(v2,r)，其中r＝eq\f(x,2)解得eq\f(q,m)＝eq\f(8U,B2x2)。(2)設(shè)質(zhì)量為m1的離子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑是r1，質(zhì)量為m2的離子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑是r2，由(1)中分析得r1＝eq\f(\r(2qUm1),Bq)，r2＝eq\f(\r(2qUm2),Bq)故照相底片上P1、P2間的距離Δx＝2(r1－r2)＝eq\f(2\r(2qU),Bq)(eq\r(m1)－eq\r(m2))?！紗?wèn)題探究2〗帶電粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期T＝eq\f(2πm,qB)。對(duì)一個(gè)特定的帶電粒子，在固定不變的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，其周期是一個(gè)定值?！祭}2〗〖答案〗D〖解析〗帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期與速度大小無(wú)關(guān)，因此，在Ek-t圖像中應(yīng)有t4－t3＝t3－t2＝t2－t1，A錯(cuò)誤；粒子獲得的最大動(dòng)能與加速電壓無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；由粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r＝eq\f(mv,qB)＝eq\f(\r(2mEk),qB)可知Ek＝eq\f(q2B2r2,2m)，即粒子獲得的最大動(dòng)能決定于D形盒的半徑，當(dāng)軌道半徑r與D形盒半徑R相等時(shí)就不能繼續(xù)加速，故C錯(cuò)誤，D正確?！祭}3〗〖答案〗(1)eq\f(mg,q)正電荷(2)eq\f(\r(2)mg,qv)〖解析〗(1)微粒做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，所受合力必為零。微粒受重力mg、靜電力qE、洛倫茲力qvB，受力分析如圖所示。由左手定則可知微粒帶正電，由平行四邊形定則可知qE＝mg，則電場(chǎng)強(qiáng)度E＝eq\f(mg,q)。(2)由于合力為零，則qvB＝eq\r(2)mg，所以B＝eq\f(\r(2)mg,qv)?！颊n堂達(dá)標(biāo)〗1.〖答案〗D〖解析〗由qU＝eq\f(1,2)mv2得帶電粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度v＝eq\r(\f(2qU,m))，結(jié)合帶電粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡半徑R＝eq\f(mv,Bq)，綜合得到R＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))。由題意可知該離子與質(zhì)子在磁場(chǎng)中具有相同的軌道半徑和電荷量，則eq\f(m0,mp)＝144，故D正確。2.〖答案〗AC〖解析〗質(zhì)子被加速后的最大速度受到D形盒半徑R的制約，因v＝eq\f(2πR,T)＝2πRf，故A正確；質(zhì)子離開(kāi)回旋加速器的最大動(dòng)能Ekmax＝eq\f(1,2)mv2＝eq\f(1,2)m×4π2R2f2＝2mπ2R2f2，與加速電壓U無(wú)關(guān)，B錯(cuò)誤；根據(jù)R＝eq\f(mv,Bq)，Uq＝eq\f(1,2)mv12，Uq＝eq\f(1,2)mv22－eq\f(1,2)mv12，聯(lián)立解得質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為eq\r(2)∶1，C正確；回旋加速