21日举行启用典礼，标志着对撞机正式启用．环型对撞机是研究高能粒子的重要装置．如图3所示，正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B.两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞区迎面相撞．为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动，下列说法正确的是(　　)

　　图3

　　A．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度B越大

　　B．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度B越小

　　C．对于给定的带电粒子和磁感应强度B，加速电压U越大，粒子运动的周期越大

　　D．对于给定的带电粒子和磁感应强度B，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变

　　思维步步高带电粒子在磁场中运动遵循什么规律？正负离子为什么要分成两束进入环状空腔？进入环状空腔后作什么运动？正负离子能否同时到达碰撞区？

　　解析　环形空腔的半径保持不变，当电压不变时，粒子进入磁场的速度相同，根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径公式：R＝，比荷越大，B应该越小；当带电粒子确定后，加速电压越大，粒子进入磁场速度越大，比荷确定，所以磁感应强度应该越大，根据周期公式T＝，可得磁感应强度的增大会使周期变小．

　　答案　B

　　拓展探究如图4所示，

　　图4

　　在一匀强磁场中有三个带电粒子，其中1和2为质子、3为α粒子的径迹．它们在同一平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，三者轨道半径r1>r2>r3，并相切于P点．设T、v、a、t分别表示它们做圆周运动的周期、线速度、向心加速度以及各自从经过P点算起到第一次通过图中虚线MN所经历的时间，则(　　)

　　A．T1＝T2v3

　　C．a1>a2>a3 D．t1

　　答案　ACD

　　带电粒子在磁场中运动的常见问题：①轨迹问题：带电粒子在匀强磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，粒子做匀速圆周运动．②半径问题：带电粒子在磁场中的运动，轨道半径的表达式：R＝，由以上各个物理量确定．③粒子做匀速圆周运动的周期公式：T＝，由粒子的比荷和磁感应强度确定.

一、选择题