1.新課程標(biāo)準(zhǔn)要求：了解回旋加速器的結(jié)構(gòu)和原理。
2.科學(xué)素養(yǎng)要求
1. 物理概念：了解回旋加速器中帶電粒子的力和運(yùn)動(dòng)。 2、科學(xué)思維：了解回旋加速器的原理，培養(yǎng)總結(jié)、分析、推理的能力。 3、科學(xué)探究：通過(guò)了解回旋加速器的發(fā)明和探索過(guò)程，體驗(yàn)科學(xué)家探索發(fā)明的艱辛。 4、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：了解回旋加速器的應(yīng)用，培養(yǎng)科學(xué)精神和務(wù)實(shí)的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)探索科學(xué)的興趣。
問(wèn)題1：回旋加速器廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域。 其工作原理如圖所示。 某科研機(jī)構(gòu)里有一臺(tái)回旋加速器。 D型箱內(nèi)顆粒的最大圓周運(yùn)動(dòng)半徑為30cm。 該機(jī)構(gòu)能提供的最大磁感應(yīng)強(qiáng)度為 的磁場(chǎng)，忽略狹縫寬度，計(jì)算時(shí)取π≈3。 求：
(1)一定交流電提供的加速電壓為2×103V。 質(zhì)子動(dòng)能需要加速多少倍才能達(dá)到18MeV？
(2) 若該機(jī)構(gòu)能提供的最大加速電壓頻率為1.2×107Hz，則質(zhì)子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的最大動(dòng)能eV是多少？
(3)研究表明，質(zhì)點(diǎn)圓周運(yùn)動(dòng)的中心位置并不固定。 如圖所示，加速器所用磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，方向垂直向內(nèi)，加速電壓為U，質(zhì)子質(zhì)量為m，電荷為q，請(qǐng)?zhí)骄恳幌沦|(zhì)點(diǎn)圓周運(yùn)動(dòng)軌跡中心在x軸（原點(diǎn)為A）坐標(biāo)的變化規(guī)則（結(jié)果用B、U、m、q和加速度個(gè)數(shù)N表示）
問(wèn)題2：
問(wèn)題3：
質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示。 帶+q電荷、不同質(zhì)量的離子飄入電壓為U0的加速電場(chǎng)中，其初速度幾乎為零。 這些離子被加速后，穿過(guò)狹縫O，進(jìn)入垂直于磁場(chǎng)方向磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)回旋加速器，最后撞擊負(fù)片。 已知放置薄膜的區(qū)域?yàn)镸N=L，OM=L。某次測(cè)量發(fā)現(xiàn)MN左側(cè)32區(qū)域的MQ被破壞，檢測(cè)不到離子，但可以檢測(cè)到離子右側(cè)31區(qū)域QN仍能正常檢測(cè)到。 適當(dāng)調(diào)整加速電壓后，原來(lái)撞擊MQ的離子可以在QN中檢測(cè)到。
(1)求最初擊中MN中點(diǎn)P的離子的質(zhì)量m；
(2) 為了使原來(lái)撞擊P的離子能夠撞擊QN區(qū)域，找到加速電壓U的調(diào)節(jié)范圍。
問(wèn)題4：回旋加速器的工作原理如圖A所示，真空中放置一個(gè)D形金屬盒子，其半徑為R，兩個(gè)盒子之間的狹縫距離??為d，均勻磁場(chǎng)為B 的磁感應(yīng)強(qiáng)度垂直于盒子表面。 加速粒子的質(zhì)量為m，電荷為+q。 狹縫之間施加的交流電壓如圖B所示。電壓值的大小為U0。 周期T=qB2πm。 該類粒子束在t=0~2T時(shí)間內(nèi)從A點(diǎn)均勻飄入狹縫中，其初速度視為零。 現(xiàn)在考慮狹縫中粒子的運(yùn)動(dòng)時(shí)間。 假設(shè)能夠噴出的粒子每次通過(guò)狹縫時(shí)都會(huì)加速，不考慮粒子之間的相互作用。 求：
(1) 噴射粒子的動(dòng)能 Em ；
(2) 粒子浮入狹縫并達(dá)到動(dòng)能 Em 所需的總時(shí)間 t0。
(3) 為保證99%以上飄入狹縫的離子能夠被噴射出來(lái)，d應(yīng)滿足條件。
問(wèn)題5：如圖所示，半徑為L(zhǎng)的金屬環(huán)內(nèi)部被分成兩部分。 每個(gè)部分都有一個(gè)垂直于環(huán)平面且方向相反的均勻磁場(chǎng)。 磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0，與圓環(huán)接觸。 良導(dǎo)體棒繞環(huán)中心O勻速旋轉(zhuǎn)。 環(huán)的中心和圓周分別通過(guò)導(dǎo)線連接到兩個(gè)半徑為R的D形金屬盒。 D形盒子處于真空環(huán)境，內(nèi)部存在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)，其方向垂直于紙張的內(nèi)側(cè)。 在時(shí)間t=0時(shí)，導(dǎo)體棒開(kāi)始從圖中所示的位置移動(dòng)。 在導(dǎo)體棒開(kāi)始旋轉(zhuǎn)的半個(gè)周期內(nèi)，一束相同的粒子從A處均勻地飄到D形盒子中心附近（粒子的初速度可以忽略），寬度為d。 狹縫中，粒子質(zhì)量為m，電荷為-q（q>0），粒子每次通過(guò)狹縫都能得到加速，最后從D形盒子的邊緣出口噴出。 忽略粒子的重力和粒子間的相互作用，忽略粒子在狹縫中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，導(dǎo)體棒始終以最小角速度ω（未知）勻速旋轉(zhuǎn)。
(1)求出ω的大小；
(2)考慮到實(shí)際情況，粒子在狹縫中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間不能忽略。 求顆粒在狹縫中從顆粒漂浮到狹縫中到動(dòng)能達(dá)到最大的過(guò)程中的加速時(shí)間Δt；
(3)在問(wèn)題(2)的場(chǎng)景中，為了保證99%的飄入顆粒能夠被彈出回旋加速器，求狹縫寬度d滿足的條件。
問(wèn)題6：1930年，勞倫斯建造了世界上第一臺(tái)回旋加速器。 加速器在核物理和粒子物理研究中發(fā)揮著巨大作用，回旋加速器就是其中之一。 圖為回旋加速器的結(jié)構(gòu)示意圖。 D1和D2是兩個(gè)半徑為R的空心半圓形金屬盒子，兩個(gè)盒子之間的窄縫寬度為d，它們之間有一定的電位差U。 兩個(gè)金屬盒子處于垂直于盒子表面的均勻磁場(chǎng)中。 磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。D1盒中心A處的粒子源可以產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷為+q的粒子。 粒子每次通過(guò)窄縫時(shí)都會(huì)受到電場(chǎng)的加速，然后進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。 經(jīng)過(guò)幾次加速后，粒子離開(kāi)金屬盒D1的邊緣，忽略粒子的初速度、粒子的重力、粒子間的相互作用和相對(duì)論效應(yīng)。
(1)求粒子離開(kāi)加速器時(shí)獲得的最大動(dòng)能Ekm；
(2)在分析帶電粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡時(shí)，用 表示任意兩個(gè)相鄰軌跡之間的距離。 A同學(xué)認(rèn)為不變，B同學(xué)認(rèn)為逐漸增加，C同學(xué)認(rèn)為逐漸減少。 請(qǐng)通過(guò)計(jì)算分析出哪個(gè)學(xué)生的距離。 判決合理；
(3) 若回旋加速器金屬盒的半徑為R=1m，狹縫寬度為d=0.1cm，則求出粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間和在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間它開(kāi)始從 A 點(diǎn)移動(dòng)到離開(kāi)加速器的時(shí)間。 比率。 （結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（4）如果用圖中的回旋加速器來(lái)加速質(zhì)子，在不改變交流電的頻率和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的情況下，是否可以用回旋加速器來(lái)加速粒子（粒子由兩個(gè)中子和兩個(gè)質(zhì)子組成（氦-4) ，質(zhì)量是氫原子的4倍)？ 請(qǐng)解釋你的結(jié)論和判斷依據(jù)。
(2021?江蘇)如圖1所示，回旋加速器的圓形均勻磁場(chǎng)區(qū)域以O(shè)點(diǎn)為中心，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，粒子經(jīng)過(guò)多次加速后，經(jīng)過(guò)P點(diǎn)，在以O(shè)為中心畫(huà)一個(gè)圓，半徑為R。在P位置安裝“靜電偏轉(zhuǎn)器”，如圖2所示。弧形狹縫的中心為Q，圓心角為α。 當(dāng)M和N之間施加電壓時(shí)，粒子可以恰好通過(guò)狹縫。 ，粒子在再次加速之前被彈出磁場(chǎng)
(1) 質(zhì)點(diǎn)加速到P點(diǎn)所需的時(shí)間t；
(2)板N的最大厚度dm；
(3)磁場(chǎng)區(qū)域的最大半徑Rm。
