A-level 物理（进阶物理）/粒子加速器/解答

1. 利用向心力公式证明运动半径与运动物体的速度有关。

$F={\frac {mv^{2}}{r}}$

$r={\frac {mv^{2}}{F}}$

因此，如果 F 是常数

$r\propto v^{2}$

2. 一个直径为 1.5 米的回旋加速器用于加速电子（质量为 9.11 x 10⁻³¹ 千克）。电子所受的最大力为 2.4 x 10⁻¹⁸ 牛顿。电子的最大速度是多少？

$F={\frac {mv^{2}}{r}}$

$v^{2}={\frac {Fr}{m}}={\frac {2.4\times 10^{-18}\times 0.75}{9.11\times 10^{-31}}}=1.97\times 10^{12}{\mbox{ m}}^{2}{\mbox{s}}^{-2}$

$v=1.41\times 10^{6}{\mbox{ ms}}^{-1}$

3. 建造大型回旋加速器会遇到哪些问题？

在如此大的区域（例如，大型强子对撞机所包围的土地面积）内产生均匀磁场意味着回旋加速器在实验粒子物理学中已被管子取代，而不是扁平的圆柱体。

4. 为什么粒子在穿过电极时不会粘在电极上？

有两个原因。首先，交流电是正弦形的，因此当粒子穿过电极时，电极上没有电荷。其次，即使电极上有电荷，粒子所受的净力仍然为 0，因为力在各个方向上都是相等的。