問題詳情:
2019年國產首套超導質子迴旋加速器進入集成測試階段,通過該設備可以將質子的能量加速到230MeV,質子被引出後*入人體,當到達病灶的瞬間,釋放大量能量,實現對癌細胞的精準清除,不損傷人體正常細胞,是癌症患者的福音。迴旋加速器的原理如圖,D1和D2是兩個中空的半徑為R的半圓金屬盒,接在電壓為U、週期為T的交流電源上,位於D2圓心處的質子源A能不斷產生質子(初速度可以忽略,重力不計),質子在兩盒之間被電場加速,D1、D2置於與盒面垂直的磁感應強度為B的勻強磁場中。已知質子的電量為q、質量為m,忽略質子在電場中運動的時間,不考慮加速過程中的相對論效應,下列説法正確的是( )
A.交流電源的週期
B.質子第一次進入D1盒與第一次進入D2盒的半徑之比為1:2
C.質子在電場中加速的次數為
D.若只增大交變電壓U,則質子的最大動能Ek會變大
【回答】
AC
【詳解】
A.質子在迴旋加速器中每做半個圓周運動電場變換一次,則迴旋加速器的交流電頻率等於質子在磁場中的運動週期,故有,故A正確;
B.質子第一次進入D1盒時加速了一次,設速度為,有
做圓周運動的半徑為,有
可得
質子第一次進入D2盒時加速了兩次,同理推得,故兩半徑之比為
故B錯誤;
D.無論質子在電場中加速多少次,最後都是從磁場中以最大速度勻速圓周離開,有
可得最大動能為
故有質子的最大動能與加速電壓U無關,與加速度的最大半徑R有關,故若只增大交變電壓U,則質子的最大動能不變,故D錯誤;
C.由最大動能可推出質子在電場中的加速次數,有
解得質子在電場中加速的次數為
故C正確。
故選AC。
知識點:質譜儀與迴旋加速器
題型:選擇題