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题型：综合题题类：模拟题难易度：困难

浙江省2020年高考物理模拟试卷（4月份）

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。回旋加速器的工作原理如图甲所示，置于真空中的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，加速器按一定频率的高频交流电源，保证粒子每次经过电场都被加速，加速电压为U．D形金属盒中心粒子源产生的粒子，初速度不计，在加速器中被加速，加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。

（1）、求把质量为m、电荷量为q的静止粒子加速到最大动能所需的时间；

（2）、若此回旋加速器原来加速质量为2m、带电荷量为q的α粒子（ $\text{[math]}$ ），获得的最大动能为E_km ，现改为加速氘核（ $\text{[math]}$ ），它获得的最大动能为多少？要想使氘核获得与α粒子相同的动能，请你通过分析，提出一种简单可行的办法；

（3）、已知两D形盒间的交变电压如图乙所示，设α粒子在此回旋加速器中运行的周期为T，若存在一种带电荷量为q′、质量为m′的粒子 $\text{[math]}$ ，在 $\text{[math]}$ 时进入加速电场，该粒子在加速器中能获得的最大动能？（在此过程中，粒子未飞出D形盒）

举一反三

如图甲所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒．在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能E_k随时间t的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是（　　）

如图所示，回旋加速器D形盒半径为R，狭缝宽为d，所加匀强磁场的磁感应强度可调，所加高频交变电源电压的频率为f．质量为m、电荷量为q的质子从右半盒的圆心附近由静止出发，经加速、偏转等过程，达到最大动能后由导向板处射出，忽略质子在狭缝加速运动的时间。 $\text{[math]}$ 粒子的质量为4m、电荷量为2q。下列说法中正确的是（　　）

带电粒子在磁场中运动的实例如图所示，下列判断正确的有（　　）

图中关于磁场中的四种仪器的说法中错误的是（）

在芯片制造过程中，离子注入是芯片制造重要的工序。甲图是我国自主研发的离子注入机，乙图是离子注入机的部分工作原理示意图。初速为零的离子经电场加速后沿水平方向先通过速度选择器，再进入磁分析器，磁分析器是中心线半径为R的四分之一圆环，其两端中心位置M和N处各有一个小孔，利用磁分析器选择出特定比荷的离子后经N点打在硅片（未画出）上，完成离子注入。已知速度选择器和磁分析器中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B、方向均垂直纸面向外；速度选择器中匀强电场的电场强度大小为E。整个系统置于真空中，不计离子重力。求：

（1）能从速度选择器中心线通过的离子的速度大小v；

（2）能通过N打到硅片上的离子的比荷 $\text{[math]}$ ，并判断该离子的带电性质。

（3）加速电场的电压U。

质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具。如图所示，一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子从小孔S₁飘入电势差为U的加速电场，初速度几乎为0。加速后从S₂出射，再经过S₃垂直进入匀强磁场中，最后打在荧光屏的中点，中点与S₃的距离为D，荧光屏的宽度为d。求：

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