Question

電子感應加速器的基本原理如圖所示。在上、下兩個電磁鐵形成的異名磁極之間有一個環形真空室。圖甲為側視圖，圖乙為真空室的俯視圖。電磁鐵中通以交變電流，使兩極間的磁場周期性變化，從而在真空室內產生感生電場，將電子從電子槍右端注入真空室，電子在感生電場的作用下被加速，同時在洛倫茲力的作用下，在真空室中沿逆時針方向（圖乙中箭頭方向）做圓周運動。由于感生電場的周期性變化使電子只能在某段時間內被加速，但由于電子的質量很小，故在極短時間內被加速的電子可在真空室內回旋數10萬以至數百萬次，并獲得很高的能量。若磁場的磁感應強度B（圖乙中垂直紙面向外為正）隨時間變化的關系如圖丙所示，不考慮電子質量的變化，則下列說法中正確的是

A．電子在真空室中做勻速圓周運動

B．電子在運動時的加速度始終指向圓心

C．在丙圖所示的第一個周期中，電子只能在0~內按圖乙中逆時針方向做圓周運動且被加速

D．在丙圖所示的第一個周期中，電子在0~和~T內均能按圖乙中逆時針方向做圓周運動且被加速

Answer 1

C

試題分析：由于電子在真空室中的能量逐漸增大，說明其速度在逐漸變大，故電子并不做勻速圓周運動，A是不對的；由于電子做勻速圓周運動時，其向心力才指向圓心，現在電子不做勻速圓周運動，故電子的加速度并不始終指向圓心，B也是不對的；在丙圖所示的第一個周期中，電子在0~內的磁場是增大的，原磁場的方向垂直紙面向外，由楞次定律可知，感應磁場的方向與原磁場方向相反，垂直紙面向里，故再由右手定則可知真空室中感生電場的方向是順時針方向，該方向正好使電子加速；在~內，環形電場方向改為逆時針，電子被減速，直至沿順時針方向轉動，而~T時間內環形電場再次變為順時針，所以此時電子會先被減速，故只有0~時間內，電子是沿逆時針被加速的，C是正確的。