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物理 高校生

この問題のアについて、 pの電位が0、Qの電位がV0で、 高電位から低電位側に電荷が移動するので電荷のエネルギーが減少している、 つまり外力である電場による仕事は負で-qV0だと考えたのですが、答えはqV0でした。 なんでか教えて欲しいです!そもそも電波による仕事が外力じゃ... 続きを読む

思考 562. サイクロトロン 図1のよ Q Vo 隙間 イオン源 隙間 P P 荷電粒子 CR 磁場 図 1 高周波電源 図2 磁場 うに,金属でできたDの形をした 中空の電極P, Qを, 隙間を設け て向かいあわせ, 高周波電源を接 続する。 隙間には, 荷電粒子が出 てくるイオン源がある。 この装置 を一様な磁場の中に置くと, イオ ン源から出た荷電粒子は, PQ 間の電位差によって加速されてPに入り,円軌道を描い てPを出た後, 再び PQ 間で加速されてQに入る。 これを繰り返して荷電粒子を加速さ せる装置を,サイクロトロンという。図2は, サイクロトロンを真上から見た図である。 荷電粒子の電荷をg(g>0),質量をm, 磁場の磁束密度の大きさをBとする。 また, 重 力の影響は無視でき, 荷電粒子の初速度は0であるものとする。 磁場の向きは, 紙面の 表から裏の向きである。 次の文の |に入る適切な式を答えよ。 Pに対するQの電位がV(Vo>0) となった瞬間, 点Rに静止していた荷電粒子が,電 場から力を受けて運動し始めた。 粒子が点RからPQ間の隙間を動く間、Pに対するQ の電位は V。で一定であり,粒子は電場だけから仕事をされるとする。このとき,粒子 が点Rで動き始めてから最初にPに達するまでの間に電場からされる仕事は(ア)で あり,Pに達した瞬間の粒子の速さは,,=(イ)である。Pに入った荷電粒子は, 磁場からのローレンツ力だけを受けて円運動をし,その半径rは, v などを用いて, y=(ウ) と表される。 粒子がPに入ってから, 半周してPを出るまでの時間 Tは, T=(エ)となり,粒子の速さや円運動の半径によらず一定である。したがって,時間 Tの間にPQ間の電位の正負が入れ替わるように, 高周波電源の周波数fを調節すれば, 粒子が PQ 間の隙間を通過するたびに,電場から力を受けて加速されることになる。こ のようなfの最小値は,Tを用いて, (オ) と表される。ただし,粒子が PQ 間の隙間 を通過する時間は, Tに比べて十分に短く, 無視できるとする。 思考 (15. 関西大改)

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