高考物理命题潜规则解密专项36回旋加速器.docx

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高考物理命题潜规则解密专项36回旋加速器

2019高考物理命题潜规则解密：

专项36回旋加速器

高频考点36：

回旋加速器

动态发布：

2017广东物理卷第4题、2017年江苏物理第14题、2017天津理综物理第12题

近代物理的重要实验装置，是高考考查的重点和热点，考查回旋加速器的试题可能为选择题，也可能为计算题，计算题常常以压轴题出现，综合性强、难度大、分值高、区分度大。

命题分析

考查方式一定性考查回旋加速器

【命题分析】定性考查回旋加速器一般以选择题出现，难度一般不大。

例1〔2017广东物理卷第4题〕1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图1所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，以下说法正确的选项是

A、离子由加速器的中心附近进入加速器

B、离子由加速器的边缘进入加速器

C、离子从磁场中获得能量

D、离子从电场中获得能量

考查方式二定量考查回旋加速器

【命题分析】定量考查回旋加速器一般以计算题出现，难度一般较大。

例2〔2017年江苏物理第14题〕1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器.回旋加速器的工作原理如图2所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计.磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直.A处粒子源产生的粒子，质量为M、电荷量为＋Q，在加速器中被加速，加速电压为U.加速过程中不考虑相对论效应和重力作用.

〔1〕求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比；

〔2〕求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间T；

〔3〕实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制.假设某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为BM、FM，试讨论粒子能获得的最大动能EKM.

考查方式三与其它知识综合定量考查回旋加速器

【命题分析】回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域有广泛应用，与其它知识综合定量考查回旋加速器可表达高考理综的综合性。

试题一般作为压轴题，分值高，难度较大。

例3、〔2017天津理综物理第12题〕回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用，有力地推动了现代科学技术的发展。

〔1〕当今医学影像诊断设备PET／CT堪称“现代医学高科技之冠”，它在医疗诊断中，常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子。

碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得，同时还产生另一粒子，试写出核反应方程。

假设碳11的半衰期T为20MIN，经2.0H剩余碳11的质量占原来的百分之几？

〔结果取2位有效数字〕

〔2〕回旋加速器的原理如图，D1和D2是两个中空的半径为R的半圆金属盒，它们接在电压一定、频率为F的交流电源上，位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子〔初速度可忽略，重力不计〕，它们在两盒之间被电场加速，D1、D2置于盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。

假设质子束从回旋加速器输出时的平均功率为P，求输出时质子束的等效电流I与P、B、R、F的关系式〔忽略质子在电场中的运动时间，其最大速度远小于光速〕。

〔3〕试推理说明：

质子在回旋加速器中运动时，随轨道半径R的增大，同一盒中相邻轨道的半径之差△R是装置大、减小还是不变？

设

【2018模拟题精选训练题】

1、〔2018年3月江西南昌一模〕劳伦斯和利文斯设计的回旋加速器工作原理如下图，置于高真空中的D形金属半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为F，加速电压为U.假设A处粒子源产生的质子质量为M、电荷量为＋Q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响，那么以下说法正确的选项是

A、质子被加速后的最大速度不可能超过2πRF

B、质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比

C、质子离开回旋加速器时的最大动能与交流电频率F成正比

D、质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为1∶

2、〔2018丹东联考〕回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如下图。

设D形盒半径为R。

假设用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为F。

那么以下说法正确的选项是

3、图甲是回旋加速器的原理示意图。

其核心部分是两个D型金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中〔磁感应强度大小恒定〕，并分别与高频电源相连。

加速时某带电粒子的动能EK随时间T变化规律如下图乙所示，假设忽略带电粒子在电场中的加速时间，那么以下判断正确的选项是〔〕

A、离子由加速器的中心附近进入加速器

B、高频电源的变化周期应该等于TN－TN－1

C、粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大

D、D形盒中的高频电源电压越大，粒子获得的最大动能越大

4、〔2018年2月宁波八校联考〕如图是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D型金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。

现分别加速氘核〔

H〕和氦核〔

HE〕。

以下说法中正确的选项是

55.1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点，解决了粒子的加速问题。

现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中。

某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，图为俯视图乙。

回旋加速器的核心部分为D形盒，D形盒装在真空容器中，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场可以认为是匀强在场，且与D形盒盒面垂直。

两盒间狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。

D形盒半径为R，磁场的磁感应强度为B。

设质子从粒子源A处时入加速电场的初速度不计。

质子质量为M、电荷量为＋Q。

加速器接一定涉率高频交流电源，其电压为U。

加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。

（1）求质子第1次经过狭缝被加速后进入D形盒运动轨道的半径R1；

（2）求质子从静止开始加速到出口处所需的时间T；

（3）如果使用这台回旋加速器加速α粒子，需要进行怎样的改动？

请写出必要的分析及推理。

6、〔20分〕〔2018年4月北京昌平二模〕1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。

回旋加速器的工作原理如图14〔甲〕所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计。

磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。

A处粒子源产生的粒子，质量为M、电荷量为＋Q，初速度为0，在加速器中被加速，加速电压为U。

加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。

〔1〕求粒子第1次和第2次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比；

〔2〕求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间T和粒子获得的最大动能EKM；

〔3〕近年来，大中型粒子加速器往往采用多种加速器的串接组合。

例如由直线加速器做为预加速器，获得中间能量，再注入回旋加速器获得最终能量。

N个长度逐个增大的金属圆筒和一个靶，它们沿轴线排列成一串，如图14〔乙〕所示〔图中只画出了六个圆筒，作为示意）。

各筒相间地连接到频率为F、最大电压值为U的正弦交流电源的两端。

整个装置放在高真空容器中。

圆筒的两底面中心开有小孔。

现有一电量为Q、质量为M的正离子沿轴线射入圆筒，并将在圆筒间的缝隙处受到电场力的作用而加速〔设圆筒内部没有电场〕。

缝隙的宽度很小，离子穿过缝隙的时间可以不计。

离子进入第一个圆筒左端的速度为V1，且此时第【一】二两个圆筒间的电势差U1－U2＝－U。

为使打到靶上的离子获得最大能量，各个圆筒的长度应满足什么条件？

并求出在这种情况下打到靶上的离子的能量。

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