专题77 回旋加速器（原卷版）-2013高考一轮复习知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

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2023 高考一轮知识点精讲和最新高考题模拟题同步训练

第十三章磁场

专题 77 回旋加速器

第一部分知识点精讲

(1)仪器功能

回旋加速器是利用磁场使带电粒子做回旋运动，在运动中经高频电场反复加速的装置，

是高能物理中的重要仪器。

(2)构造

如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D形盒处于匀强磁场中，D形盒的缝隙处接交流

电源。

(3)工作原理

① 交流电周期和粒子做圆周运动的周期相等；

② 使粒子每经过一次 D形盒缝隙，粒子被加速一次。

(4)最大动能

①由qvmB＝、Ekm＝mvm2

联合解得 Ekm＝；

② 注意：粒子获得的最大动能由磁感应强度 B和盒半径 R决定，与加速电压无关。

(5)粒子运动的总时间

粒子在磁场中运动一个周期，被电场加速两次，每次增加动能 qU，加速次数 n＝，则

粒子在磁场中运动的总时间

t＝T＝·＝。

第二部分最新高考题精选

１．（16 分）（2021 高考江苏物理卷）如题图 1所示，回旋加速器的圆形匀强磁场区域以

О点为圆心，磁感应强度大小为 B，加速电压的大小为 U、质量为 m、电荷量为 q的粒子从

O附近飘入加速电场，多次加速后粒子经过 P点绕 O做圆周运动，半径为 R，粒子在电场

中的加速时间可以忽略．为将粒子引出磁场，在 P位置安装一个“静电偏转器”，如题 15-

2图所示，片砖砌的两极板 M和N厚度均匀，构成的圆弧形狭缝圆心为 Q、圆心角为，

当M、N间加有电压时，狭缝中产生电场强度大小为 E的电场，使粒子恰能通过狭缝，粒

子在再次被加速前射出磁场，不计 M、N间的距离．求：

（1）粒子加速到 P点所需要的时间 t；

（2）极板 N的最大厚度；

（3）磁场区域的最大半径．

２.（15 分）（2021 年高考广东学业水平选择性测试）图 11 是一种花瓣形电子加速器

简化示意图．空间有三个同心圆 a

、

c围成的区域，圆 a内为无场区，圆 a与圆 b

之间存在辐射状电场，圆 b与圆 c之间有三个圆心角均略小于 90°的扇环形匀强磁场

区I、Ⅱ和Ⅲ．各区磁感应强度恒定，大小不同，方向均垂直纸面向外，电子以初动

能Ek0 从圆 b上P点沿径向进入电场，电场可以反向，保证电子每次进入电场即被全

程加速，已知圆 a与圆 b之间电势差为 U，圆 b半径为 R，圆 c半径为

√

R，电子质量

为m，电荷量为 e．忽略相对论效应．取 tan 22.5°＝0.4．

（1）当 Ek0＝0时，电子加速后均沿各磁场区边缘进入磁场，且在电场内相邻运动轨

迹的夹角 θ均为 45°，最从Q点出射，运动轨迹如图 11 中带所示．

求I区的磁感应强度大小、电子在 I区磁场中的运动时间在Q点出射时的动能；

（2）已知电子要不与 I区磁场外边相，能从出射区域出射．当 Ek0＝keU 时，

要保证电子从出射区域出射，求 k的最大．

 (2018·11 月浙江选考)小回旋加速器的，计如图(a)所示的“回旋速装

置”．两相距为 d的平金属极板 M、N，板 M位于 x上，板 N在的方．两板

间加上如图(b)所示的为U0的交电压，周期 T0＝，板 M上方和板 N方有磁感应强

度大小均为 B、方向相反的匀强磁场．粒子测器位于 y处，能测到垂直射入的带

电粒子，有一沿 x可动、粒子出射初动能可 的粒子射源，沿 y方向射出质

量为 m、电荷量为 q(q!0)的粒子．t＝0时"，射源在(x，0)位置射一带电粒子．忽略

粒子的重#和$%&#，粒子在电场中运动的时间不计．

(1)'粒子经磁场偏转(在y＝y0处被测到，求射源的位置和粒子的初动能；

(2)'粒子两次进出电场区域后被测到，求粒子射源的位置 x与被测到的位置 y

之间的关)．

4.（16 分）.(2016 江苏高考物理)回旋加速器的工作原理如题 15-1 图所示，置于*空中的 D

形金属盒半径为 R，两盒间狭缝的间距为 d，磁感应强度为 B的匀强磁场与盒面垂直，被加

速粒子的质量为 m，电荷量为+q，加在狭缝间的交电压如题 15-2 图所示，电压的大小

为Ub。周期 T=。一+,粒子在 -./0

1时间内从 2处均匀3飘入狭缝，$

初速度4为5。6考7粒子在狭缝中的运动时间，8能9出射的粒子每次经

过狭缝均做加速运动，不考7粒子间的相:作用。求： ;;<=>?@AB>?CD

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