1.新課程標準要求：了解回旋加速器的結構和原理。
2.科學素養(yǎng)要求
1. 物理概念：了解回旋加速器中帶電粒子的力和運動。 2、科學思維：了解回旋加速器的原理，培養(yǎng)總結、分析、推理的能力。 3、科學探究：通過了解回旋加速器的發(fā)明和探索過程，體驗科學家探索發(fā)明的艱辛。 4、科學態(tài)度與責任：了解回旋加速器的應用，培養(yǎng)科學精神和務實的科學態(tài)度，培養(yǎng)探索科學的興趣。
問題1：回旋加速器廣泛應用于許多領域。 其工作原理如圖所示。 某科研機構里有一臺回旋加速器。 D型箱內(nèi)顆粒的最大圓周運動半徑為30cm。 該機構能提供的最大磁感應強度為 的磁場，忽略狹縫寬度，計算時取π≈3。 求：
(1)一定交流電提供的加速電壓為2×103V。 質(zhì)子動能需要加速多少倍才能達到18MeV？
(2) 若該機構能提供的最大加速電壓頻率為1.2×107Hz，則質(zhì)子在磁場中運動的最大動能eV是多少？
(3)研究表明，質(zhì)點圓周運動的中心位置并不固定。 如圖所示，加速器所用磁場的磁感應強度為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?zhí)骄恳幌沦|(zhì)點圓周運動軌跡中心在x軸（原點為A）坐標的變化規(guī)則（結果用B、U、m、q和加速度個數(shù)N表示）
問題2：
問題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的加速電場中，其初速度幾乎為零。 這些離子被加速后，穿過狹縫O，進入垂直于磁場方向磁感應強度為B的均勻磁場回旋加速器，最后撞擊負片。 已知放置薄膜的區(qū)域為MN=L，OM=L。某次測量發(fā)現(xiàn)MN左側32區(qū)域的MQ被破壞，檢測不到離子，但可以檢測到離子右側31區(qū)域QN仍能正常檢測到。 適當調(diào)整加速電壓后，原來撞擊MQ的離子可以在QN中檢測到。
(1)求最初擊中MN中點P的離子的質(zhì)量m；
(2) 為了使原來撞擊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。
問題4：回旋加速器的工作原理如圖A所示，真空中放置一個D形金屬盒子，其半徑為R，兩個盒子之間的狹縫距離??為d，均勻磁場為B 的磁感應強度垂直于盒子表面。 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時間內(nèi)從A點均勻飄入狹縫中，其初速度視為零。 現(xiàn)在考慮狹縫中粒子的運動時間。 假設能夠噴出的粒子每次通過狹縫時都會加速，不考慮粒子之間的相互作用。 求：
(1) 噴射粒子的動能 Em ；
(2) 粒子浮入狹縫并達到動能 Em 所需的總時間 t0。
(3) 為保證99%以上飄入狹縫的離子能夠被噴射出來，d應滿足條件。
問題5：如圖所示，半徑為L的金屬環(huán)內(nèi)部被分成兩部分。 每個部分都有一個垂直于環(huán)平面且方向相反的均勻磁場。 磁感應強度大小為B0，與圓環(huán)接觸。 良導體棒繞環(huán)中心O勻速旋轉(zhuǎn)。 環(huán)的中心和圓周分別通過導線連接到兩個半徑為R的D形金屬盒。 D形盒子處于真空環(huán)境，內(nèi)部存在磁感應強度為B的均勻磁場，其方向垂直于紙張的內(nèi)側。 在時間t=0時，導體棒開始從圖中所示的位置移動。 在導體棒開始旋轉(zhuǎn)的半個周期內(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動的時間，導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)考慮到實際情況，粒子在狹縫中運動的時間不能忽略。 求顆粒在狹縫中從顆粒漂浮到狹縫中到動能達到最大的過程中的加速時間Δt；
(3)在問題(2)的場景中，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。
問題6：1930年，勞倫斯建造了世界上第一臺回旋加速器。 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構示意圖。 D1和D2是兩個半徑為R的空心半圓形金屬盒子，兩個盒子之間的窄縫寬度為d，它們之間有一定的電位差U。 兩個金屬盒子處于垂直于盒子表面的均勻磁場中。 磁感應強度為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。 粒子每次通過窄縫時都會受到電場的加速，然后進入磁場做勻速圓周運動。 經(jīng)過幾次加速后，粒子離開金屬盒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論效應。
(1)求粒子離開加速器時獲得的最大動能Ekm；
(2)在分析帶電粒子的運動軌跡時，用 表示任意兩個相鄰軌跡之間的距離。 A同學認為不變，B同學認為逐漸增加，C同學認為逐漸減少。 請通過計算分析出哪個學生的距離。 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，則求出粒子在磁場中運動的時間和在電場中運動的時間它開始從 A 點移動到離開加速器的時間。 比率。 （結果保留兩位有效數(shù)字）
（4）如果用圖中的回旋加速器來加速質(zhì)子，在不改變交流電的頻率和磁感應強度B的情況下，是否可以用回旋加速器來加速粒子（粒子由兩個中子和兩個質(zhì)子組成（氦-4) ，質(zhì)量是氫原子的4倍)？ 請解釋你的結論和判斷依據(jù)。
(2021?江蘇)如圖1所示，回旋加速器的圓形均勻磁場區(qū)域以O點為中心，磁感應強度為B，粒子經(jīng)過多次加速后，經(jīng)過P點，在以O為中心畫一個圓，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M和N之間施加電壓時，粒子可以恰好通過狹縫。 ，粒子在再次加速之前被彈出磁場
(1) 質(zhì)點加速到P點所需的時間t；
(2)板N的最大厚度dm；
(3)磁場區(qū)域的最大半徑Rm。
