突破 53 洛伦兹力在现代科技中的应用实例分析一、回旋加速器(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D 形盒的缝隙处接交流电源，D 形盒处于匀强磁场中。(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋。由 qvB＝得Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度 B 和 D 形盒半径 r 决定，与加速电压无关。【典例 1】回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的 D 形金属盒。把它们放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面向下，连接好高频交流电源后，两盒间的窄缝中能形成匀强电场，带电粒子在磁场中做圆周运动，每次通过两盒间的窄缝时都能被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置引出，如果用同一回旋加速器分别加速氚核(13H)和 α 粒子(24He)，比较它们所需的高频交流电源的周期和引出时的最大动能，下列说法正确的是 ( )A．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较大B．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大C．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小D．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较小【答案】 C【典例 2】 劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示。置于高真空中的 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忽略．磁感应强度为 B 的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为 f，加速电压为 U。若 A 处粒子源产生的质子质量为 m、电荷量为＋q，在加速器中被加速， 且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响．则下列说法正确的是( )A．质子被加速后的最大速度不可能超过 2πRfB．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压 U 成正比C．质子第 2 次和第 1 次经过两 D 形盒间狭缝后轨道半径之比为 ∶1D．不改变磁感应强度 B 和交流电频率 f，该回旋加速器的最大动能不变【答案】AC二、 质谱仪 (1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。(2)原理：粒子在加速电场中由静止被加速，根据动能定理：qU＝mv2，粒子在磁场中做匀速圆周运动：qvB＝。【典例 3】质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图，离子源 S产生的各种不同正离子束(速度可视为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片 P 上，设离子在 P 上的位置到入口处 S1的距离为 x，可以判断( )A．若离...
