解题思路:回旋加速器中带电粒子在电场被加速,每通过电场,动能被增加一次;而在磁场里做匀速圆周运动,通过磁场时只改变粒子的运动方向,动能却不变.因此带电粒子在一次加速过程中,电场电压越大,动能增加越大.但从D形盒中射出的动能,除与每次增加的动能外,还与加速次数有关.所以加速电压越大,回旋次数越少,推导出最大动能的表达式,分析最大动能与磁感应强度和D形金属盒半径的关系..
带电粒子从D形盒中射出时的动能 Ekm=[1/2]mvm2 (1)
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,则圆周半径 R=
mvm
qB(2)
由(1)(2)可得Ekm=
q2B2R2
2m
显然,当带电粒子q、m一定的,则Ekm∝R2B2
即Ekm随磁场的磁感应强度B、D形金属盒的半径R的增大而增大,与加速电场的电压和狭缝距离无关,
故选D.
点评:
本题考点: 质谱仪和回旋加速器的工作原理.
考点点评: 本题回旋加速器考查电磁场的综合应用:在电场中始终被加速,在磁场中总是匀速圆周运动.所以容易让学生产生误解:增加射出的动能由加速电压与缝间决定.原因是带电粒子在电场中动能被增加,而在磁场中动能不变.