高中物理模型-回旋加速模型_第1頁(yè)
高中物理模型-回旋加速模型_第2頁(yè)
高中物理模型-回旋加速模型_第3頁(yè)
高中物理模型-回旋加速模型_第4頁(yè)
高中物理模型-回旋加速模型_第5頁(yè)
已閱讀5頁(yè),還剩1頁(yè)未讀, 繼續(xù)免費(fèi)閱讀

下載本文檔

版權(quán)說(shuō)明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請(qǐng)進(jìn)行舉報(bào)或認(rèn)領(lǐng)

文檔簡(jiǎn)介

1、模型組合講解回旋加速模型王文付模型概述帶電粒子在電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)是每年高考中的熱點(diǎn)問(wèn)題,考查內(nèi)容或電場(chǎng)對(duì)帶電粒子的加速(減速),或磁場(chǎng)對(duì)帶電粒子的偏轉(zhuǎn)(回旋),或兩者結(jié)合考查學(xué)生的綜合能力。模型講解1. 回旋加速器解讀例1. (2005天津高考)正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層(PET)是分子水平上的人體功能顯像的國(guó)際領(lǐng)先技術(shù),它為臨床診斷和治療提供全新的手段。(1)PET在心臟疾病診療中,需要使用放射正電子的同位素氮13示蹤劑,氮13是由小型回旋加速器輸出的高速質(zhì)子轟擊氧16獲得的,反應(yīng)中同時(shí)還產(chǎn)生另一個(gè)粒子,試寫(xiě)出該核反應(yīng)方程。(2)PET所用回旋加速器示意如圖1,其中置于高真空中的金屬D形盒的半徑為R

2、,兩盒間距為d,在左側(cè)D形盒圓心處放有粒子源S,勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,方向如圖所示。質(zhì)子質(zhì)量為m,電荷量為q。設(shè)質(zhì)子從粒子源S進(jìn)入加速電場(chǎng)時(shí)的初速度不計(jì),質(zhì)子在加速器中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間為t(其中已略去了質(zhì)子在加速電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間),質(zhì)子在電場(chǎng)中的加速次數(shù)于回旋半周的次數(shù)相同,加速質(zhì)子時(shí)的電壓大小可視為不變。求此加速器所需的高頻電源頻率f和加速電壓U。圖1(3)試推證當(dāng)時(shí),質(zhì)子在電場(chǎng)中加速的總時(shí)間相對(duì)于在D形盒中回旋的時(shí)間可忽略不計(jì)(質(zhì)子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí),不考慮磁場(chǎng)的影響)。解析:(1)核反應(yīng)方程為:(2)設(shè)質(zhì)子加速后最大速度為v,由牛頓第二定律得:質(zhì)子的回旋周期為:高頻電源的頻率為:質(zhì)子加速后的

3、最大動(dòng)能為:設(shè)質(zhì)子在電場(chǎng)中加速的次數(shù)為n,則:又可解得:(3)在電場(chǎng)中加速的總時(shí)間為:在D形盒中回旋的總時(shí)間為故,即當(dāng)時(shí),可以忽略不計(jì)。評(píng)點(diǎn):交變電場(chǎng)的周期等于帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的周期,經(jīng)交變電場(chǎng)每半周粒子被加速一次。2. 勻強(qiáng)電場(chǎng)勻變速;勻強(qiáng)磁場(chǎng)回旋(偏轉(zhuǎn))例2. (2006年江蘇省泰興第三高級(jí)中學(xué)調(diào)研)在如圖2所示的空間區(qū)域里,y軸左方有一勻強(qiáng)電場(chǎng),場(chǎng)強(qiáng)方向跟y軸正方向成60,大小為;y軸右方有一垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度。有一質(zhì)子以速度,由x軸上的A點(diǎn)(10cm,0)沿與x軸正方向成30斜向上射入磁場(chǎng),在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后射入電場(chǎng),后又回到磁場(chǎng),經(jīng)磁場(chǎng)作用后又射入電

4、場(chǎng)。已知質(zhì)子質(zhì)量近似為,電荷,質(zhì)子重力不計(jì)。求:(計(jì)算結(jié)果保留3位有效數(shù)字)(1)質(zhì)子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的半徑。(2)質(zhì)子從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到第二次到達(dá)y軸所經(jīng)歷的時(shí)間。(3)質(zhì)子第三次到達(dá)y軸的位置坐標(biāo)。圖2解析:(1)質(zhì)子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)牛頓第二定律,得質(zhì)子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為:(2)由于質(zhì)子的初速度方向與x軸正方向夾角為30,且半徑恰好等于OA,因此,質(zhì)子將在磁場(chǎng)中做半個(gè)圓周到達(dá)y軸上的C點(diǎn),如答圖3所示。圖3根據(jù)圓周運(yùn)動(dòng)的規(guī)律,質(zhì)子做圓周運(yùn)動(dòng)周期為質(zhì)子從出發(fā)運(yùn)動(dòng)到第一次到達(dá)y軸的時(shí)間為質(zhì)子進(jìn)入電場(chǎng)時(shí)的速度方向與電場(chǎng)的方向相同,在電場(chǎng)中先做勻減速直線運(yùn)動(dòng),速度減為零后反向

5、做勻加速直線運(yùn)動(dòng),設(shè)質(zhì)子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間,根據(jù)牛頓第二定律:,得因此,質(zhì)子從開(kāi)始運(yùn)動(dòng)到第二次到達(dá)y軸的時(shí)間t為。(3)質(zhì)子再次進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí),速度的方向與電場(chǎng)的方向相同,在洛倫茲力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng),到達(dá)y軸的D點(diǎn)。根據(jù)幾何關(guān)系,可以得出C點(diǎn)到D點(diǎn)的距離為;則質(zhì)子第三次到達(dá)y軸的位置為即質(zhì)子第三次到達(dá)y軸的坐標(biāo)為(0,34.6cm)。評(píng)點(diǎn):由以上幾例看到,帶電粒子的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)常常是由一些基本運(yùn)動(dòng)組合而成的。掌握基本運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)是解決這類問(wèn)題的關(guān)鍵所在。另外我們也要注意近年高考對(duì)回旋加速模型考法的一些變化,如環(huán)行電場(chǎng),變化磁場(chǎng)等組合,但不管怎樣處理的基本方法不變。模型要點(diǎn)帶電粒子在兩D形盒中回旋周

6、期等于兩盒狹縫之間高頻電場(chǎng)的變化周期,與帶電粒子的速度無(wú)關(guān);將帶電粒子在兩盒狹縫之間的運(yùn)動(dòng)首尾連起來(lái)是一個(gè)初速為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng);帶電粒子每經(jīng)電場(chǎng)加速一次,回旋半徑就增大一次,所有經(jīng)過(guò)半徑之比為1:(這可由學(xué)生自己證明),對(duì)于同一回旋加速器,其粒子回旋的最大半徑是相同的,解題時(shí)務(wù)必引起注意。電場(chǎng)加速(減速),磁場(chǎng)回旋。磁場(chǎng)回旋時(shí)在洛倫茲力作用下做圓周運(yùn)動(dòng)有;電場(chǎng)加速?gòu)哪芙嵌入妶?chǎng)力做功,動(dòng)能:;從力角度若勻強(qiáng)電場(chǎng)還可以用牛頓定律解決。模型演練1. (2005年南京調(diào)研)如圖4所示,在半徑為R的絕緣圓筒內(nèi)有勻強(qiáng)磁場(chǎng),方向垂直紙面向里,圓筒正下方有小孔C與平行金屬板M、N相通。兩板間距離為d,兩板

7、與電動(dòng)勢(shì)為U的電源連接,一帶電量為、質(zhì)量為m的帶電粒子(重力忽略不計(jì)),開(kāi)始時(shí)靜止于C點(diǎn)正下方緊靠N板的A點(diǎn),經(jīng)電場(chǎng)加速后從C點(diǎn)進(jìn)入磁場(chǎng),并以最短的時(shí)間從C點(diǎn)射出。已知帶電粒子與筒壁的碰撞無(wú)電荷量的損失,且碰撞后以原速率返回。求:(1)筒內(nèi)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大??;(2)帶電粒子從A點(diǎn)出發(fā)至重新回到A點(diǎn)射出所經(jīng)歷的時(shí)間。圖4答案:(1)帶電粒子從C孔進(jìn)入,與筒壁碰撞2次再?gòu)腃孔射出經(jīng)歷的時(shí)間為最短。由粒子由C孔進(jìn)入磁場(chǎng),在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的速率為由即,得(2)粒子從AC的加速度為由,粒子從AC的時(shí)間為:粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間為將(1)求得的B值代入,得,求得:。2. 如圖5甲所示,一對(duì)平行放置的金屬板M、N的中心各有一小孔P、Q、PQ連線垂直金屬板;N板右側(cè)的圓A內(nèi)分布有方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,圓半徑為r,且圓心O在PQ的延長(zhǎng)線上?,F(xiàn)使置于P處的粒子源連續(xù)不斷地沿PQ方向放出質(zhì)量為m、電量為+q的帶電粒子(帶電粒子的重力和初速度忽略不計(jì),粒子間的相互作用力忽略不計(jì)),從某一時(shí)刻開(kāi)始,在板M、N間加上如圖5乙所示的交變電壓,周期為T,電壓大小為U。如果只有在每一個(gè)周期的0T/4時(shí)間內(nèi)放出的帶電粒子才能從小孔Q中射出,求:甲 乙圖5(1)在每一個(gè)周期內(nèi)哪段時(shí)間放出的帶電粒子到達(dá)Q孔的速度最大?(2)該

溫馨提示

  • 1. 本站所有資源如無(wú)特殊說(shuō)明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請(qǐng)下載最新的WinRAR軟件解壓。
  • 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請(qǐng)聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
  • 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容里面會(huì)有圖紙預(yù)覽,若沒(méi)有圖紙預(yù)覽就沒(méi)有圖紙。
  • 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
  • 5. 人人文庫(kù)網(wǎng)僅提供信息存儲(chǔ)空間,僅對(duì)用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對(duì)用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對(duì)任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
  • 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請(qǐng)與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
  • 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時(shí)也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對(duì)自己和他人造成任何形式的傷害或損失。

評(píng)論

0/150

提交評(píng)論