問題詳情:
*科學家2015年10月宣佈*將在2020年開始建造世界上最大的粒子加速器。加速器是人類揭示物質本源的關鍵設備,在放*治療、食品安全、材料科學等方面有廣泛應用。
如圖所示,某直線加速器由沿軸線分佈的一系列金屬圓管(漂移管)組成,相鄰漂移管分別接在高頻脈衝電源的兩極。質子從K點沿軸線進入加速器並依次向右穿過各漂移管,在漂移管內做勻速直線運動,在漂移管間被電場加速、加速電壓視爲不變。設質子進入漂移管B時速度爲,進入漂移管E時速度爲,電源頻率爲,漂移管間縫隙很小。質子在每個管內運動時間視爲電源週期的1/2。質子的荷質比取。求:
(1)漂移管B的長度;
(2)相鄰漂移管間的加速電壓。
【回答】
(1)設高頻脈衝電源的頻率爲f,週期爲T;質子在每個漂移管中運動的時間爲t;質子進入漂移管B時速度爲;漂移管B的長度爲 。則
①
②
③
聯立①②③式並代入數據得
④
(2)設質子的電荷量爲q,質量爲m,荷質比爲e;質子進入漂移管B時動能爲;質子進入漂移管E時速度爲,動能爲;質子從漂移管B運動到漂移管E,動能的增加量爲;質子每次在相鄰漂移管間被電場加速,電場的電壓爲U,所做的功爲W。則
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
質子從漂移管B運動到漂移管E共被電場加速3次,根據動能定理有
⑩
聯立⑤⑥⑦⑧⑨⑩式並代入數據得
⑪
答:(1)漂移管B的長度爲0.4 m
(2)相鄰漂移管間的加速電壓爲6×104 V。
知識點:專題六 電場和磁場
題型:計算題