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如圖15-6-3所示為回旋加旋速器的示意圖,已知D形盒的半徑為R,中心上半面出口處O放有質(zhì)量為m、帶電荷量為q的正離子源,若磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B,求:

15-6-3

(1)加在D形盒間的高頻電源的頻率;

(2)離子加速后的最大能量.

解析:(1)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期:T=.

    由于兩D形盒之間窄縫距離很小,可以忽略粒子穿過電場(chǎng)所用時(shí)間,因此要使帶電粒子不斷被加速,高頻電源的周期應(yīng)等于粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期,故高頻電源的頻率應(yīng)取:f=.

(2)離子加速后,從D形盒引出時(shí)的能量達(dá)到最大,粒子做最后一圈圓周運(yùn)動(dòng)的半徑就等于D形盒的半徑R,故R=.粒子的最大動(dòng)能為Ek=.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

如圖15-6-7所示是一種獲得高能粒子的裝置,環(huán)行區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外、大小可調(diào)節(jié)的均勻磁場(chǎng).質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng).A、B為兩塊中心開有小孔的極板,原來(lái)電勢(shì)都為零.每當(dāng)粒子飛經(jīng)A板時(shí),A板電勢(shì)升高為+U,B板電勢(shì)仍保持為零,粒子在兩極板間電場(chǎng)中得到加速,每當(dāng)粒子經(jīng)過B板時(shí),A板電勢(shì)又降為零.粒子在電場(chǎng)一次次加速下動(dòng)能不斷增大,而繞行半徑不變.

15-6-7

(1)設(shè)t=0時(shí),粒子靜止在A板小孔處,在電場(chǎng)作用下加速,并繞行一圈,求粒子繞行n圈回到A板時(shí)獲得的總動(dòng)能En;

(2)為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)動(dòng),磁感應(yīng)強(qiáng)度必須周期性遞增,求粒子繞行第n圈時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bn;

(3)求粒子繞行n圈所需的總時(shí)間tn(設(shè)極板間距遠(yuǎn)小于R);

(4)在粒子繞行過程中,A板電勢(shì)是否始終保持為+U,為什么?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

原子在不停地做熱運(yùn)動(dòng),為了能高精度地研究孤立原子的性質(zhì),必須使它們幾乎靜止下來(lái)并能在一個(gè)很小的空間區(qū)域停留一段時(shí)間,例如納米技術(shù)中需要移動(dòng)或修補(bǔ)分子.科學(xué)家已發(fā)明了一種稱為“激光制冷”的技術(shù),原理如下:

在一個(gè)真空室內(nèi),一束非常準(zhǔn)直的Na-23原子束(通過樣品在1 000 K高溫下蒸發(fā)而獲得,原子做熱運(yùn)動(dòng)的速率近似為v0=1 000 m/s),受一束激光的正面照射,如圖15-2-3 所示.設(shè)原子處在基態(tài),運(yùn)動(dòng)方向與激光光子的運(yùn)動(dòng)方向相反,選好激光頻率使光子能量E等于鈉原子第一激發(fā)態(tài)與基態(tài)間能量差,原子就能吸收它而發(fā)生躍遷,躍遷后原子的速度為v1,隨后該原子發(fā)射光子并回到基態(tài).設(shè)所發(fā)射光子的運(yùn)動(dòng)方向與速度v0的方向總是相同的,此時(shí)原子的速度為v2,接著重復(fù)上述過程,直到原子的速度減小到零.

圖15-2-3

(1)吸收與發(fā)射光子的總次數(shù)為多少?

(2)原子停留在激發(fā)態(tài)上的時(shí)間稱為原子在這種狀態(tài)下的壽命,大小約為10-8 s.忽略每次吸收與發(fā)射光子的時(shí)間,按上述方式,原子初速度v0減小到零,共需多長(zhǎng)時(shí)間?該時(shí)間內(nèi)原子共走過的路程為多少?(E=3.36×10-19 J,鈉原子的質(zhì)量m=3.84×10-26 kg,NA=6.0×1023 mol-1,c=3.0×108 m/s)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

.如圖15-6-7所示是一種獲得高能粒子的裝置,環(huán)行區(qū)域內(nèi)存在垂直紙面向外、大小可調(diào)節(jié)的均勻磁場(chǎng).質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子在環(huán)中做半徑為R的圓周運(yùn)動(dòng).A、B為兩塊中心開有小孔的極板,原來(lái)電勢(shì)都為零.每當(dāng)粒子飛經(jīng)A板時(shí),A板電勢(shì)升高為+U,B板電勢(shì)仍保持為零,粒子在兩極板間電場(chǎng)中得到加速,每當(dāng)粒子經(jīng)過B板時(shí),A板電勢(shì)又降為零.粒子在電場(chǎng)一次次加速下動(dòng)能不斷增大,而繞行半徑不變.

圖15-6-7

(1)設(shè)t=0時(shí),粒子靜止在A板小孔處,在電場(chǎng)作用下加速,并繞行一圈,求粒子繞行n圈回到A板時(shí)獲得的總動(dòng)能En;

(2)為使粒子始終保持在半徑為R的圓軌道上運(yùn)動(dòng),磁感應(yīng)強(qiáng)度必須周期性遞增,求粒子繞行第n圈時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度Bn;

(3)求粒子繞行n圈所需的總時(shí)間tn(設(shè)極板間距遠(yuǎn)小于R);

(4)在粒子繞行過程中,A板電勢(shì)是否始終保持為+U,為什么?

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

原子在不停地做熱運(yùn)動(dòng),為了能高精度地研究孤立原子的性質(zhì),必須使它們幾乎靜止下來(lái)并能在一個(gè)很小的空間區(qū)域停留一段時(shí)間,例如納米技術(shù)中需要移動(dòng)或修補(bǔ)分子.科學(xué)家已發(fā)明了一種稱為“激光制冷”的技術(shù),原理如下:

在一個(gè)真空室內(nèi),一束非常準(zhǔn)直的Na-23原子束(通過樣品在1 000 K高溫下蒸發(fā)而獲得,原子做熱運(yùn)動(dòng)的速率近似為v0=1 000 m/s),受一束激光的正面照射,如圖15-2-3 所示.設(shè)原子處在基態(tài),運(yùn)動(dòng)方向與激光光子的運(yùn)動(dòng)方向相反,選好激光頻率使光子能量E等于鈉原子第一激發(fā)態(tài)與基態(tài)間能量差,原子就能吸收它而發(fā)生躍遷,躍遷后原子的速度為v1,隨后該原子發(fā)射光子并回到基態(tài).設(shè)所發(fā)射光子的運(yùn)動(dòng)方向與速度v0的方向總是相同的,此時(shí)原子的速度為v2,接著重復(fù)上述過程,直到原子的速度減小到零.

圖15-2-3

(1)吸收與發(fā)射光子的總次數(shù)為多少?

(2)原子停留在激發(fā)態(tài)上的時(shí)間稱為原子在這種狀態(tài)下的壽命,大小約為10-8 s.忽略每次吸收與發(fā)射光子的時(shí)間,按上述方式,原子初速度v0減小到零,共需多長(zhǎng)時(shí)間?該時(shí)間內(nèi)原子共走過的路程為多少?(E=3.36×10-19 J,鈉原子的質(zhì)量m=3.84×10-26 kg,NA=6.0×1023 mol-1,c=3.0×108 m/s)

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