环型对撞机是研究高能粒子的重要装置,带电粒子在电压为U的电场中加速后注入对撞机的高真空圆形状的空腔内,在匀强磁场中,做半径恒定的圆周运动,且局限在圆环空腔内运动,粒子碰撞时发生核反应,关于带电粒子的比荷,加速电压U和磁感应强度B以及粒子运动的周期T的关系,下列说法正确的是( )
| A. | 对于给定的加速电压,带电粒子的比荷 |
| B. | 对于给定的加速电压,带电粒子的比荷 |
| C. | 对于给定的带电粒子,加速电压U越大,粒子运动的周期T越小 |
| D. | 对于给定的带电粒子,不管加速电压U多大,粒子运动的周期T都不变、 |
考点:
带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力.版权所有
专题:
带电粒子在磁场中的运动专题.
分析:
带电粒子在电场中被加速后,进入匀强磁场后做匀速圆周运动.由题知,带电粒子圆周运动的半径都相同,
则由半径公式与粒子在电场中加速公式:,研究粒子的比荷和磁感应强度、周期的关系.
解答:
解:带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力可知:Bqv=m,解得:R=
…①
而粒子在电场中被加速,则有:…②
由①②得:R=,带电粒子运行的周期T=
根据这两个表达式可知:
A、对于给定的加速电压,带电粒子的比荷越大,磁感应强度B越小,故A错误,B正确;
C、对于给定的带电粒子,U越大,B也相应越大,再代入周期T的公式得T越小,故C正确,D错误.
故选BC
点评:
本题通过洛伦兹力提供向心力来导出半径公式与周期公式,再用动能定理得出粒子在电场中的加速公式,从而可推导出加速电压、磁感应强度、粒子的比荷及半径的关系.最终由控制变量来研究其它各量之间的具体关系.
质谱仪:
具有相同核电荷数而不同质量数的原子互称同位素,质谱仪是分离各种元素的同位素并测量它们质量的仪器,它由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成,它的结构原理如图所示。
如图所示,离子源S产生质量为m,电荷量为q的正离子(所受重力不计)。离子出来时速度很小(可忽略不计),经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动,经过半个周期到达记录它的照相底片P上,测得它在P上的位置到入口处的距离为L,则
联立求解得。
因此,只要知道q、B、L与U,就可计算出带电粒子的质量m。
速度选择器:
(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直,这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器,如图所示。
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是,即
,与带电粒子的质量,所带电荷的正负、电荷量均无关,只与速度有关。
(3)若,粒子向电场力方向偏,电场力做正功,粒子动能增加;
,粒子向磁场力方向偏,电场力做负功,动能减少。
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