1.新课程标准要求：了解回旋加速器的结构和原理。
2.科学素养要求
1. 物理概念：了解回旋加速器中带电粒子的力和运动。 2、科学思维：了解回旋加速器的原理，培养总结、分析、推理的能力。 3、科学探究：通过了解回旋加速器的发明和探索过程，体验科学家探索发明的艰辛。 4、科学态度与责任：了解回旋加速器的应用，培养科学精神和务实的科学态度，培养探索科学的兴趣。
问题1：回旋加速器广泛应用于许多领域。 其工作原理如图所示。 某科研机构里有一台回旋加速器。 D型箱内颗粒的最大圆周运动半径为30cm。 该机构能提供的最大磁感应强度为 的磁场，忽略狭缝宽度，计算时取π≈3。 求：
(1)一定交流电提供的加速电压为2×103V。 质子动能需要加速多少倍才能达到18MeV？
(2) 若该机构能提供的最大加速电压频率为1.2×107Hz，则质子在磁场中运动的最大动能eV是多少？
(3)研究表明，质点圆周运动的中心位置并不固定。 如图所示，加速器所用磁场的磁感应强度为B，方向垂直向内，加速电压为U，质子质量为m，电荷为q，请探究一下质点圆周运动轨迹中心在x轴（原点为A）坐标的变化规则（结果用B、U、m、q和加速度个数N表示）
问题2：
问题3：
质谱仪的工作原理如图所示。 带+q电荷、不同质量的离子飘入电压为U0的加速电场中，其初速度几乎为零。 这些离子被加速后，穿过狭缝O，进入垂直于磁场方向磁感应强度为B的均匀磁场回旋加速器，最后撞击负片。 已知放置薄膜的区域为MN=L，OM=L。某次测量发现MN左侧32区域的MQ被破坏，检测不到离子，但可以检测到离子右侧31区域QN仍能正常检测到。 适当调整加速电压后，原来撞击MQ的离子可以在QN中检测到。
(1)求最初击中MN中点P的离子的质量m；
(2) 为了使原来撞击P的离子能够撞击QN区域，找到加速电压U的调节范围。
问题4：回旋加速器的工作原理如图A所示，真空中放置一个D形金属盒子，其半径为R，两个盒子之间的狭缝距离为d，均匀磁场为B 的磁感应强度垂直于盒子表面。 加速粒子的质量为m，电荷为+q。 狭缝之间施加的交流电压如图B所示。电压值的大小为U0。 周期T=qB2πm。 该类粒子束在t=0~2T时间内从A点均匀飘入狭缝中，其初速度视为零。 现在考虑狭缝中粒子的运动时间。 假设能够喷出的粒子每次通过狭缝时都会加速，不考虑粒子之间的相互作用。 求：
(1) 喷射粒子的动能 Em ；
(2) 粒子浮入狭缝并达到动能 Em 所需的总时间 t0。
(3) 为保证99%以上飘入狭缝的离子能够被喷射出来，d应满足条件。
问题5：如图所示，半径为L的金属环内部被分成两部分。 每个部分都有一个垂直于环平面且方向相反的均匀磁场。 磁感应强度大小为B0，与圆环接触。 良导体棒绕环中心O匀速旋转。 环的中心和圆周分别通过导线连接到两个半径为R的D形金属盒。 D形盒子处于真空环境，内部存在磁感应强度为B的均匀磁场，其方向垂直于纸张的内侧。 在时间t=0时，导体棒开始从图中所示的位置移动。 在导体棒开始旋转的半个周期内，一束相同的粒子从A处均匀地飘到D形盒子中心附近（粒子的初速度可以忽略），宽度为d。 狭缝中，粒子质量为m，电荷为-q（q>0），粒子每次通过狭缝都能得到加速，最后从D形盒子的边缘出口喷出。 忽略粒子的重力和粒子间的相互作用，忽略粒子在狭缝中运动的时间，导体棒始终以最小角速度ω（未知）匀速旋转。
(1)求出ω的大小；
(2)考虑到实际情况，粒子在狭缝中运动的时间不能忽略。 求颗粒在狭缝中从颗粒漂浮到狭缝中到动能达到最大的过程中的加速时间Δt；
(3)在问题(2)的场景中，为了保证99%的飘入颗粒能够被弹出回旋加速器，求狭缝宽度d满足的条件。
问题6：1930年，劳伦斯建造了世界上第一台回旋加速器。 加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大作用，回旋加速器就是其中之一。 图为回旋加速器的结构示意图。 D1和D2是两个半径为R的空心半圆形金属盒子，两个盒子之间的窄缝宽度为d，它们之间有一定的电位差U。 两个金属盒子处于垂直于盒子表面的均匀磁场中。 磁感应强度为B。D1盒中心A处的粒子源可以产生质量为m、电荷为+q的粒子。 粒子每次通过窄缝时都会受到电场的加速，然后进入磁场做匀速圆周运动。 经过几次加速后，粒子离开金属盒D1的边缘，忽略粒子的初速度、粒子的重力、粒子间的相互作用和相对论效应。
(1)求粒子离开加速器时获得的最大动能Ekm；
(2)在分析带电粒子的运动轨迹时，用 表示任意两个相邻轨迹之间的距离。 A同学认为不变，B同学认为逐渐增加，C同学认为逐渐减少。 请通过计算分析出哪个学生的距离。 判决合理；
(3) 若回旋加速器金属盒的半径为R=1m，狭缝宽度为d=0.1cm，则求出粒子在磁场中运动的时间和在电场中运动的时间它开始从 A 点移动到离开加速器的时间。 比率。 （结果保留两位有效数字）
（4）如果用图中的回旋加速器来加速质子，在不改变交流电的频率和磁感应强度B的情况下，是否可以用回旋加速器来加速粒子（粒子由两个中子和两个质子组成（氦-4) ，质量是氢原子的4倍)？ 请解释你的结论和判断依据。
(2021•江苏)如图1所示，回旋加速器的圆形均匀磁场区域以O点为中心，磁感应强度为B，粒子经过多次加速后，经过P点，在以O为中心画一个圆，半径为R。在P位置安装“静电偏转器”，如图2所示。弧形狭缝的中心为Q，圆心角为α。 当M和N之间施加电压时，粒子可以恰好通过狭缝。 ，粒子在再次加速之前被弹出磁场
(1) 质点加速到P点所需的时间t；
(2)板N的最大厚度dm；
(3)磁场区域的最大半径Rm。
