如图甲是一种自由电子激光器的原理示意图．经电场加速后的高速电子束，射入上下排列着许多磁铁的管中．相邻两块磁铁的极性是相反的．电子在垂直于磁场的方向上摆动着前进，电子在摆动的过程中发射出光子．管子两端的反射镜（图中未画出）使光子来回反射，光子与自由电子发生相互作用，使光子能量不断增大，从而产生激光输出．
（1）若该激光器发射激光的功率为P=6.63×10 ⁹ W，激光的频率为υ=1.0×10¹⁶ Hz．则该激光器每秒发出多少个激光光子？
（2）若加速电压U=1.8×10 ⁴ V，取电子质量m=9×10^-31 kg，电子电荷量e=1.6×10^-19C．每对磁极间的磁场可看作匀强磁场，磁感应强度为B=9×10^-4 T．每个磁极的左右宽度为L=30cm，厚度为2L．忽略左右磁极间的缝隙距离，认为电子在磁场中运动的速度大小不变．电子经电场加速后，从上下磁极间缝隙的正中间垂直于磁场方向射入第1对磁极的磁场中，电子一共可通过几对磁极？在图乙的俯视图中，画出电子在磁场中运动轨迹的示意图（尺寸比图甲略有放大）．

在高能物理研究中，粒子加速器起着重要作用，而早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一次，因而粒子所能达到的能量受到高压技术的限制．1930年，Earnest O．Lawrence提出了回旋加速器的理论，他设想用磁场使带电粒子沿圆弧形轨道旋转，多次反复地通过高频加速电场，直至达到高能量．图甲为Earnest O．Lawrence设计的回旋加速器的示意图．它由两个铝制D型金属扁盒组成，两个D形盒正中间开有一条狭缝；两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压．图乙为俯视图，在D型盒上半面中心S处有一正离子源，它发出的正离子，经狭缝电压加速后，进入D型盒中．在磁场力的作用下运动半周，再经狭缝电压加速；为保证粒子每次经过狭缝都被加速，应设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致．如此周而复始，最后到达D型盒的边缘，获得最大速度后被束流提取装置提取出．已知正离子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B，D型盒的半径为R，狭缝之间的距离为d．设正离子从离子源出发时的初速度为零．
（1）试计算上述正离子从离子源出发被第一次加速后进入下半盒中运动的轨道半径；
（2）尽管粒子在狭缝中每次加速的时间很短但也不可忽略．试计算上述正离子在某次加速过程当中从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间；
（3）不考虑相对论效应，试分析要提高某一离子被半径为R的回旋加速器加速后的最大动能可采用的措施．

在高能物理研究中，粒子加速器起着重要作用，而早期的加速器只能使带电粒子在高压电场中加速一次，因而粒子所能达到的能量受到高压技术的限制．1930年，Earnest O．Lawrence提出了回旋加速器的理论，他设想用磁场使带电粒子沿圆弧形轨道旋转，多次反复地通过高频加速电场，直至达到高能量．图甲为Earnest O．Lawrence设计的回旋加速器的示意图．它由两个铝制D型金属扁盒组成，两个D形盒正中间开有一条狭缝；两个D型盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压．图乙为俯视图，在D型盒上半面中心S处有一正离子源，它发出的正离子，经狭缝电压加速后，进入D型盒中．在磁场力的作用下运动半周，再经狭缝电压加速；为保证粒子每次经过狭缝都被加速，应设法使交变电压的周期与粒子在狭缝及磁场中运动的周期一致．如此周而复始，最后到达D型盒的边缘，获得最大速度后被束流提取装置提取出．已知正离子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B，D型盒的半径为R，狭缝之间的距离为d．设正离子从离子源出发时的初速度为零．
（1）试计算上述正离子从离子源出发被第一次加速后进入下半盒中运动的轨道半径；
（2）尽管粒子在狭缝中每次加速的时间很短但也不可忽略．试计算上述正离子在某次加速过程当中从离开离子源到被第n次加速结束时所经历的时间；
（3）不考虑相对论效应，试分析要提高某一离子被半径为R的回旋加速器加速后的最大动能可采用的措施．

如图1所示为某仪器内部结构图，由O₁处静止释放的电子经加速电压U₁加速后沿横截面为正方形的金属盒中轴线O₂O₃射入金属盒，O₂为金属盒左端面的中心，金属盒由上下两个水平放置、前后两个竖直放置，长为L₁、宽为L的金属薄板组成（它们不相连），金属盒横截面如图2，距盒右端面L₂处有一面积足够大并与O₂O₃相垂直的接收屏，屏中心为O，O₁O₂O₃O在同一水平直线上．屏上所设直角坐标轴的X轴垂直纸面向外．仪器可在盒前、后两面及上、下两面加如图3所示的U_XX′-t扫描电压及U_YY′-t的正弦交流电压．设电子的质量为m，带电量为e，图中U、T均为已知量．设所有入射的电子均能到达屏，不计电子所受重力、电子间的相互作用及电子由静止释放到O₂的运动时间．在每个电子通过电场的极短时间内，电场可视作恒定的．

（1）如仪器只提供U_XX′-t扫描电压，请定性说明t=T/4时刻入射的电子在盒内及离盒后各做什么运动；
（2）如仪器只提供U_XX′-t扫描电压，试计算t=T/4时刻入射的电子打在屏上的坐标；
（3）如果在盒内同时具有U_XX′-t扫描电压和U_YY′-t的正弦交流电压，请在答题卡上提供的坐标图上标出t=T/2至t=3T/2时间段入射的电子打在屏上所留下的痕迹示意图，其中坐标图上每单位长度为[不要求计算过程]．