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欧洲大型强子对撞机是现在世界上最大、能量最高的粒子加速器,是一种可以将两束质子分别加速后使其对撞的高能物理设备,其原理可简化如下:两束横截面积极小、长度均为l0的质子束以相同的初速度v0同时从左、右两侧入口水平射入两个相同的水平加速电场,两质子束离开电场经过相同的一段距离后垂直射入两个相同的圆形匀强磁场区域,两磁场的磁感应强度相同,方向均沿水平方向且与纸面垂直向外,磁场区域半径均为R,圆心O、O′都在质子束的入射方向上,两圆心连线竖直且圆心间距离为H=
7
2
R,如图所示。两质子束被磁场偏转后发生正碰。已知质子质量为m,电量为e,加速极板AB、AB′间电压均为U0,且满足eU0=
3
2
m
v
2
0
。整个装置处于真空中,忽略粒子间除碰撞外的相互作用,认为每个粒子只发生一次碰撞且碰后不影响其它粒子的运动,不计重力,不考虑相对论效应。求:
(1)质子束经过加速电场加速后(未进入磁场)的速度v和长度l;
(2)圆形磁场磁感应强度B的大小和两质子束碰撞持续的时间Δt;
(3)若某次实验时将圆形磁场O沿纸面竖直上移了
1
2
R,其余条件均不变,则两质子束还能否相碰?若不能,请说明理由:若能,请说明相碰的条件并计算碰撞持续的时间Δt'。

【答案】(1)质子束经过加速电场加速后(未进入磁场)的速度为2v0,长度为2l0
(2)圆形磁场磁感应强度B的大小为
2
m
v
0
e
R
,两质子束碰撞持续的时间为
l
0
v
0

(3)若t2<t1,即l0
π
+
3
3
+
6
12
R时,两束粒子不会碰撞;
若t2>t1,即l0
π
+
3
3
+
6
12
R时,两束粒子可能碰撞的最长时间为Δt'=t2-t1=
l
0
v
0
-
π
+
3
3
+
6
12
v
0
R。
【解答】
【点评】
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发布:2024/6/27 10:35:59组卷:63引用:1难度:0.2
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  • 1.如图1所示,在xOy坐标系中,两平行极板P、Q垂直于y轴且关于x轴对称,极板长度和板间距均为l,紧靠极板的右边缘的有界匀强磁场区域由ΔAB0和矩形0BCD构成,其中∠OAB=60°,OD=OA.磁场方向垂直于xOy平面向里,D、A位于y轴上。位于极板左侧的粒子源沿x轴向右接连发射质量为m,电荷量为+q、速度相同的带电粒子,现在0~3t0时间内两板间加上如图2所示的电压,已知t=0时刻进入两板间的粒子,在t0时刻射入磁场时,恰好不会从磁场边界射出磁场区域且圆心在x轴上,上述l、m、q、t0为已知量,U0=
    m
    l
    2
    q
    t
    0
    2
    ,不考虑P、Q两板电压的变化对磁场的影响,也不考虑粒子的重力及粒子间的相互影响,求:
    (1)t=0时刻进入两板间的带电粒子射入磁场时的速度;
    (2)匀强磁场的磁感应强度的大小及磁场区域的面积;
    (3)t=t0时刻进入两板间的带电粒子在匀强磁场中运动的时间。

    发布:2024/12/30 0:0:1组卷:89引用:2难度:0.7
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    发布:2025/1/3 0:30:3组卷:303引用:1难度:0.5
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