
(2024·江西·模拟预测)2023年11月,首台国产质子治疗装置在上海正式走向临床治疗(如图甲),该装置的原理是质子加速后汇聚到圆柱形管道中轴线形成质子束,然后经高能运输线运送至各治疗室。现有质子加速后,沿圆柱形管道中轴线以
匀速运动,如图乙,现由于某些客观原因,管道需要“拐弯”到另一对接圆柱形管道,对接管道与原管道夹角
,现在“拐弯”处矩形ABCD区域内加上电场或磁场,使得管道中质子从该区域出射时刚好沿对接管道的中轴线运动(从ED的中点并与水平方向成
射出)。已知:
,质子电荷量
,质子质量
,质子重力不计,下面有两种设计方案:
(1)方案一:在矩形ABCD区域,区域内设计一沿AC方向的匀强电场,使质子最终从ED的中点并与水平方向成射出,求电场强度的大小,以及AB与CD间需施加多大电压才能形成该电场;
(2)方案二:在矩形ABCD区域内设计一垂直ABCD所在平面的匀强磁场,使质子最终从ED的中点并与水平方向成射出,求所需的磁场强度B的大小和方向;
(3)你认为上述两种方案中哪种方案更符合实际情况,便于实施,简要说明理由。
【答案】(1),
;(2)
,方向垂直于纸面向外;(3)方案二,理由见解析
【知识点】带电粒子在匀强电场中做类抛体运动的相关计算、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动:半径与周期公式
该题有详细解析可以查阅
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