Nguyên lý hoạt động của máy cyclotron dùng để tăng tốc hạt mang điện như hình bên. Hai hộp rỗng I, II hình chữ D làm bằng đồng lá, hở ở phía cạnh thẳng, rất gần nhau, gọi là hai cực D. Giữa hai cạnh thẳng của hai cực có một điện trường, có thể đảo chiều nhờ dòng điện xoay chiều. Hai cực D đặt trong một từ trường độ lớn cảm ứng từ B (vách bằng đồng sẽ ngăn không cho điện trường xuyên vào hộp), có hướng vuông góc với mặt phẳng hình vẽ. Giả sử lúc đầu có một proton xuất phát từ một điểm rất gần với tâm S của máy cyclotron và đi vào hộp I đang mang điện âm. Lúc này, lực từ xuất hiện và làm cho proton chuyển động theo quỹ đạo nửa đường tròn trong hộp I. Sau đó, khi proton quay lại cạnh thẳng của hộp I thì nguồn điện đổi chiều, điện trường sẽ tăng tốc cho proton, proton đi vào hộp II và lực từ lại làm nhiệm vụ như trên, nhưng do vận tốc của proton đã tăng nên bán kính của nửa đường tròn quỹ đạo lúc này lớn hơn trước. Người ta đã chứng minh được rằng, thời gian chuyển động của proton bên trong các hộp luôn không đổi, vì vậy chỉ cần đặt nguồn điện xoay chiều có chu kỳ bằng hai lần thời gian chuyển động của proton trong các hộp D thì proton sẽ được tăng tốc nhiều lần và thu được vận tốc lớn. Đến mép ngoài hộp D, proton được phóng ra ngoài như hình vẽ. Theo tính toán, bán kính quỹ đạo R của proton và tần số dao động \({f_{dd}}\) của dòng điện xoay chiều thỏa mãn các công thức: \(R = \frac{{mv}}{{Bq}}\) và \(qB = 2\pi m{f_{dd}}\), trong đó \({\rm{m}},{\rm{q}},{\rm{v}}\) lần lượt là khối lượng, điện tích, tốc độ của proton. Cho biết \(m = 1,{67.10^{ - 27}}{\rm{\;kg}}\), \(q = 1,{6.10^{ - 19}}{\rm{C}}\). Một máy cyclotron hoạt động với \({f_{dd}} = 12{\rm{MHz}}\) và bán kính quỹ đạo của proton lúc vừa ra khỏi hộp hộp D là 53 cm.

Động năng của proton thu được khi ra khỏi máy là \(8,3{\rm{MeV}}\).
Độ lớn của cảm ứng từ B trong máy cyclotron này là \(0,5{\rm{\;T}}\).
Bán kính chuyển động của proton là không đổi.
Lực làm tăng tốc cho proton khi đi qua khe giữa hai cực là lực từ.
Quảng cáo
Trả lời:
a) ĐÚNG
Từ hai công thức đề bài cho: \(v = \frac{{RqB}}{m}\) và \(B = \frac{{2\pi m{f_{dd}}}}{q}\), ta thay thế B vào công thức tính v để tìm biểu thức tính vận tốc của proton khi ra khỏi mép ngoài máy (đạt bán kính cực đại \({R_{{\rm{max\;}}}}\)):
\({v_{{\rm{max\;}}}} = \frac{{{R_{{\rm{max\;}}}}.q}}{m}.\frac{{2\pi m{f_{dd}}}}{q} = 2\pi {R_{{\rm{max\;}}}}{f_{dd}}\)
Thay số vào ta được: \({v_{{\rm{max\;}}}} = 2.\pi .0,{53.12.10^6} \approx 39,{96.10^6}{\rm{\;m}}/{\rm{s}}\)
Động năng cực đại của proton khi ra khỏi máy là:
\({W_d} = \frac{1}{2}mv_{{\rm{max\;}}}^2 = \frac{1}{2}.1,{67.10^{ - 27}}.{\left( {39,{{96.10}^6}} \right)^2} \approx 1,{333.10^{ - 12}}{\rm{\;J}}\)
Đổi sang đơn vị MeV :
\({W_d} \approx \frac{{1,{{333.10}^{ - 12}}}}{{1,6 \cdot {{10}^{ - 13}}}} \approx 8,3{\rm{MeV}}\)
b) SAI
Từ công thức \(qB = 2\pi m{f_{dd}}\), ta tính được độ lớn cảm ứng từ B cần thiết:
\(B = \frac{{2\pi m{f_{dd}}}}{q} = \frac{{2.\pi .1,{{67.10}^{ - 27}}{{.12.10}^6}}}{{1,{{6.10}^{ - 19}}}} \approx 0,787{\rm{\;T}}\)
c) SAI
thông tin từ đề bài: "...do vận tốc của proton đã tăng nên bán kính của nửa đường tròn quỹ đạo lúc này lớn hơn trước". Hơn nữa, dựa vào hệ thức \(R = \frac{{mv}}{{Bq}}\), vì tốc độ \(v\) tăng liên tục sau mỗi lần đi qua khe hở nên bán kính \(R\) cũng tăng theo tỉ lệ thuận. Quỹ đạo của hạt là một đường xoắn ốc mở rộng dần chứ không phải một đường tròn cố định.
d) SAI
Tiếp tục khai thác thông tin đề bài: "...điện trường sẽ tăng tốc cho proton...". Trong máy cyclotron, lực từ đóng vai trò làm lực hướng tâm bẻ cong quỹ đạo của hạt (vì lực từ luôn vuông góc với vận tốc nên không sinh công, không làm thay đổi tốc độ). Lực điện trường xuất hiện tại khe hở giữa hai hộp D mới là lực sinh công dương để đẩy và làm tăng tốc độ của proton.
Hot: 1000+ Đề thi cuối kì 2 file word cấu trúc mới 2026 Toán, Văn, Anh... lớp 1-12 (chỉ từ 60k). Tải ngay
CÂU HỎI HOT CÙNG CHỦ ĐỀ
Lời giải
Đáp án:
Từ đồ thị, trục tung biểu diễn từ thông \({\rm{\Phi }}\left( {{\rm{Wb}}} \right)\) và trục hoành biểu diễn thời gian \(t\left( {\rm{s}} \right)\). Đường nét đứt ngang ở mốc 0,6 ứng với 2 ô ly, nên 1 ô ly tương ứng với \(0,3{\rm{\;Wb}}\). Đường thẳng biểu diễn từ thông bắt đầu từ đỉnh trục tung (3 ô ly) tức là \({{\rm{\Phi }}_1} = 0,9{\rm{\;Wb}}\).
Trục hoành có mốc 0,1 s tương ứng với 1 ô ly. Đồ thị cắt trục hoành (từ thông giảm về 0) tại vị trí 3 ô ly, tức là ở thời điểm \(t = 0,3{\rm{s}}\).
Độ lớn suất điện động cảm ứng sinh ra trong khung dây:
\({e_c} = \left| {\frac{{{\rm{\Delta \Phi }}}}{{{\rm{\Delta }}t}}} \right| = \left| {\frac{{0 - 0,9}}{{0,3 - 0}}} \right| = 3{\rm{\;V}}\).
Cường độ dòng điện chạy trong khung dây: \(I = \frac{{{e_c}}}{R} = \frac{3}{5} = 0,6{\rm{\;A}}\).
Nhiệt lượng tỏa ra trong khung dây trong toàn bộ thời gian \({\rm{\Delta }}t = 0,3{\rm{s}}\) là:
\(Q = {I^2}.R.{\rm{\Delta }}t = 0,{6^2}.5.0,3 = 0,54{\rm{\;J}}\).
Đổi sang đơn vị miliJoule (mJ): \(Q = 540{\rm{mJ}}\).
Đáp án: 540
Câu 2
Kích thích hệ miễn dịch của bệnh nhân.
Làm giảm đau nhức của bệnh nhân.
Tăng cường khả năng hấp thụ dinh dưỡng của tế bào.
Phá hủy tế bào ung thư bằng bức xạ.
Lời giải
Đáp án đúng là D
Trong y học, phương pháp xạ trị sử dụng bức xạ ion hóa có năng lượng cao phát ra từ các đồng vị phóng xạ (như tia gamma của \({\rm{C}}{{\rm{o}}^{60}}\) ) chiếu trực tiếp vào khối u để tiêu diệt, phá hủy các tế bào ung thư.
Câu 3
Tỉ số \({\rm{p}}/{\rm{T}}\) trung bình sau các lần đo ở trên là \(3,3{\rm{mmHg}}/{\rm{K}}\).
Áp suất khí trong bình tại nhiệt độ \({40^ \circ }{\rm{C}}\) là 944 mmHg.
Khối lượng không khí trong bình A là 4,3 gam. Lấy \({\rm{R}} = 62,36{\rm{mmHg}}.{\rm{l}}/\left( {{\rm{mol}}.{\rm{K}}} \right)\).
Vì thể tích ống dẫn khí rất nhỏ nên có thể coi thể tích khí không đổi.
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Câu 4
Nhiệt độ tuyệt đối T tính bằng oC.
Áp suất p tính bằng \({\rm{N}}/{{\rm{m}}^2}\).
Số mol n tính bằng gam.
Thể tích V tính bằng lít.
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Câu 5
Nội năng là một dạng năng lượng.
Nội năng là nhiệt lượng.
Nội năng của vật \({\rm{X}}\) lớn hơn nội năng của vật \({\rm{Y}}\) thì nhiệt độ của vật \({\rm{X}}\) cũng lớn hơn nhiệt độ của vật \({\rm{Y}}\).
Nội năng của vật chỉ thay đổi trong quá trình truyền nhiệt, không thay đổi trong quá trình thực hiện công.
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.
Câu 7
nóng chảy và đông đặc.
thăng hoa và ngưng kết.
đông đặc và hóa hơi.
nóng chảy và ngưng tụ.
Lời giải
Bạn cần đăng ký gói VIP ( giá chỉ từ 250K ) để làm bài, xem đáp án và lời giải chi tiết không giới hạn.


