字典翻译 问答 初中 物理 【如图所示为一种获得高能粒子的装置——环形加速器。环形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小可调节。质量为m、电量为+q的粒子可在环中做匀速圆周】
问题标题:
【如图所示为一种获得高能粒子的装置——环形加速器。环形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小可调节。质量为m、电量为+q的粒子可在环中做匀速圆周】
问题描述:

如图所示为一种获得高能粒子的装置——环形加速器。环形区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场,磁场的磁感应强度大小可调节。质量为m、电量为+q的粒子可在环中做匀速圆周运动。P、Q为相距很近的两块中心开有小孔的极板,最初两极板电势都为零,每当粒子飞至P板时,P板电势变为+U,Q板电势仍保持为零,每当粒子离开Q板时,P板电势立即变为零。粒子在P、Q两板间电场的一次次加速下动能不断增大,而粒子的绕行半径通过磁场的调节保持为R不变。粒子经过P、Q极板的时间极短,可忽略不计。设t=0时刻,粒子静止在P板小孔处,在电场作用下加速,并绕行第一圈。

(1)为使粒子始终在半径为R的圆轨道上运动,磁场必须周期性递增。求粒子从t=0时刻起绕行第n圈时的磁感应强度;

(2)求粒子从t=0时刻起绕行n圈回到P板所需的总时间。

高心丹回答:
  (1)(2)   解析:(1)粒子绕行n圈获得的动能等于电场力对粒子做的功,设粒子绕行n圈获得的速度为,根据动能定理,   由 (4分) 解得 (2分)   粒子在环形区域磁场中,受洛伦兹力作用做半径为R的匀速圆周运动,根据牛顿第二定律和向心力公式,得 (4分)解得 (2分)   (2)粒子绕行第n圈所需时间    (4分)   粒子绕行n圈所需总时间为    (4分)
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