某种加速器的理想模型如图1所示:两块相距很近的平行小极板中间各开有一小孔a、b,两极板间电压uab的变化图象如图2所示,电压的最大值为U0、周期为T0,在两极板外有垂直纸面向
◎ 题目
某种加速器的理想模型如图1所示:两块相距很近的平行小极板中间各开有一小孔a、b,两极板间电压uab的变化图象如图2所示,电压的最大值为U0、周期为T0,在两极板外有垂直纸面向里的匀强磁场.若将一质量为m0、电荷量为q的带正电的粒子从板内a孔处静止释放,经电场加速后进入磁场,在磁场中运动时间T0后恰能再次从a 孔进入电场加速.现该粒子的质量增加了
(1)若在t=0时刻将该粒子从板内a孔处静止释放,求其第二次加速后从b孔射出时的动能; (2)现在利用一根长为L的磁屏蔽管(磁屏蔽管置于磁场中时管内无磁场,忽略其对管外磁场的影响),使图1中实线轨迹(圆心为O)上运动的粒子从a孔正下方相距L处的c孔水平射出,请在答题卡图上的相应位置处画出磁屏蔽管; (3)若将电压uab的频率提高为原来的2倍,该粒子应何时由板内a孔处静止开始加速,才能经多次加速后获得最大动能?最大动能是多少? |
◎ 答案
(1)质量为m0的粒子在磁场中作匀速圆周运动Bqv=
则T0=
当粒子的质量增加了
根据题图2可知,粒子第一次的加速电压u1=U0 经过
在三角形中,
所以粒子第二次的加速电压u2=
粒子射出时的动能 Ek2=qu1+qu2 解得Ek2=
(2)因为磁屏蔽管使粒子匀速运动至以下L处,出管后仍然做圆周运动,可到C点水平射出.磁屏蔽管的位置如图1所示.粒子运动的轨迹如图3. (3)如图4(用Excel作图)设T0
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