Question

環(huán)型對撞機是研究髙能粒子的重要裝置，其核心部件是一個高真空的圓環(huán)狀的空腔，若帶電粒子初速可視為零，經(jīng)電壓為F/的電場加速后，沿圓環(huán)切線方向注入對撞機的環(huán)狀空腔內(nèi)，空腔內(nèi)存在著與圓環(huán)平面垂直的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小為s．帶電粒子將被局限在圓環(huán)狀空腔內(nèi)運動．要維持帶電粒子在圓環(huán)內(nèi)做半徑確定的圓周運動，下列說法不正確的是（　　）

A．對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷q/m越大，磁感應(yīng)強度B越大

B．對于給定的加速電壓，帶電粒子的比荷q/m越大，磁感應(yīng)強度B越小

C．對于給定的帶電粒子，加速電壓T/越大，粒子運動的頻率越小

D．對于給定的帶電粒子，不管加速電壓U多大，粒子運動的周期都不變

Answer 1

分析：帶電粒子在電場中被直線加速后，進入勻強磁場后做勻速圓周運動．由于圓周運動半徑相同，則由半徑公式與粒子在電場中加速公式：

1

2

mv²=qU可得加速電壓與粒子的比荷乘積的開方與磁感強度成正比．

解答：解：帶電粒子在勻強磁場中做勻速圓周運動，
由洛倫茲力提供向心力可知：Bqv=m

v2

R

得R=

mv

Bq

（1）
而粒子在電場中被加速，則有：

1

2

mv²=qU       （2）
將（1）（2）兩式聯(lián)立可得：R=

2U

B

?

m q

帶電粒子運行的周期T=

2πm

Bq

，
A、由于半徑相同，則當加速電壓一定時，粒子的比荷越大，磁感應(yīng)強度則越小，故A錯誤；
B、由于半徑相同，則當加速電壓一定時，粒子的比荷越大，磁感應(yīng)強度則越小，故B正確；
C、當粒子的比荷一定時，則加速電壓越大時，不會影響周期變化．故C錯誤；
D、當粒子的比荷一定時，不管加速電壓U多大，粒子運動的周期都不變，故D正確；
故本題選錯誤的是：AC

點評：通過洛倫茲力提供向心力來導出半徑公式與周期公式，再用動能定理得出粒子在電場中的加速公式，從而可推導出加速電壓、磁感應(yīng)強度、粒子的比荷及半徑的關(guān)系．最終由控制變量來研究其它各量之間的具體關(guān)系．