1.4质谱仪与回旋加速器同步练习（Word版含答案）
文档属性
| 名称 | 1.4质谱仪与回旋加速器同步练习（Word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 1.3MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-16 16:39:09 | ||
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文档简介
2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第二册第一章第4节质谱仪与回旋加速器
班级__________ 座号_____ 姓名__________ 分数__________
一、单选题
1、 如图所示，甲是回旋加速器的原理图，乙是研究自感现象的实验电路图，丙是欧姆表的内部电路图，丁图是速度选择器，下列说法正确的是（ ）
A．甲图是加速带电粒子的装置，其加速电压越大，带电粒子最后获得的速度变大
B．乙图电路开关断开瞬间，灯泡A可能会突然闪亮一下
C．丙图在测量电阻时，电流从A经过R流向B
D．丁图中电子从右向左运动时，可能是直线运动
2、 质谱仪可以测定有机化合物分子结构，现有一种质谱仪的结构可简化为如图所示，有机物的气体分子从样品室注入离子化室，在高能电子作用下，样品气体分子离子化或碎裂成离子．若离子化后的离子带正电，初速度为零，此后经过高压电源区、圆形磁场室（内为匀强磁场）、真空管，最后打在记录仪上，通过处理就可以得到离子比荷（）进而推测有机物的分子结构．已知高压电源的电压为U，圆形磁场区的半径为R，真空管与水平面夹角为θ，离子进入磁场室时速度方向指向圆心．则下列说法正确的是
A．高压电源A端应接电源的正极
B．磁场室的磁场方向必须垂直纸面向里
C．若离子化后的两同位素X1、X2（X1质量大于X2质量）同时进入磁场室后，出现图中的轨迹Ⅰ和Ⅱ，则轨迹Ⅰ一定对应X1
D．若磁场室内的磁感应强度大小为B，当记录仪接收到一个明显的信号时，与该信号对应的离子比荷为
3、 回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，a、b接在电压为U、周期为T的交流电源上．两盒间的窄缝中形成匀强电场，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面．带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出．设D形盒的半径为R，现将垂直于金属D形盒的磁场感应强度调节为B．，刚好可以对氚核()进行加速，氚核所能获得的能量为，以后保持交流电源的周期T不变．(已知氚核和α粒子质量比为3：4，电荷量之比为1：2)则：
A．若只增大交变电压U，则氚核在回旋加速器中运行时间不会发生变化
B．若用该装置加速α粒子，应将磁场的磁感应强度大小调整为
C．将磁感应强度调整后对α粒子进行加速，a粒子在加速器中获得的能量等于氚核的能量
D．将磁感应强度调整后对α粒子进行加速，粒子在加速器中加速的次数小于氚核的次数
4、 质谱仪可测定同位素的组成。，现有一束一价的钾 39 和钾 41 离子经电场加速后，沿着与磁场边界垂直的方向进入匀强磁场中，如图所示。测试时规定加速电压大小为 U0，但在实验过程中加速电压有较小的波动，可能偏大或偏小ΔU．为使钾 39 和钾 41 打在照相底片上的区域不重叠，不计离子的重力，则ΔU 不得超过（ ）
A．0.1U0 B．0.01U0 C．0.02 U0 D．0.025 U0
5、 如图所示，由两种比荷不同的离子组成的离子束，从静止经电场加速后，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A．B两束。离子的重力不计，下列说法中正确的有（ ）
A．两束离子的加速电压相同 B．组成A束和B束的离子质量一定相同
C．A束离子的比荷大于B束离子的比荷 D．A束离子的动能大于B束离子的动能
6、 质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。如图所示为质谱仪的原理示意图.现利用这种质谱议对氢元素进行测量。氢元素的各种同位素从容器下方的小孔，无初速度飘入电势差为的加速电场。加速后垂直进入磁感强度为的匀强磁场中。氢的三种同位素最后打在照相底片上，形成、、三条“质谱线”。关于三种同位素进入磁场时速度的排列顺序，和、、三条“质谱线”的排列顺序，下列判断正确的是（ ）
A．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氚、氘、氕
B．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氘、氚、氕
C．、、三条质谱线依次排列的顺序是氘、氚、氕
D．、、三条质谱线依次排列的顺序是氚、氘、氕
7、 一回旋加速器当外加磁场一定时，可把质子加速到v，它能把氚核加速到的速度为（ ）
A．v B．2v C． D．
8、 回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两 极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示．设D形盒半径为R．若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f．则下列说法正确的是（ ）
A．质子被加速后的最大速度不可能超过πfR
B．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关
C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值
D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子
9、 1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是
A．离子从磁场中获得能量
B．电场的周期随粒子速度增大而增大
C．离子由加速器的中心附近进入加速器
D．当磁场和电场确定时，这台加速器仅能加速电量相同的离子
10、1932年物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地解决了粒子的加速问题。加速器的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，现使氦核由加速器的中心附近进入加速器，加速后通过特殊装置被引出。下列说法正确的是（ ）
A．粒子运动轨道的间距由里向外逐渐均匀减小
B．若仅增大加速电压，粒子在加速器中运动的总时间将减小
C．粒子能够获得的最大动能随加速电压大小的变化而变化
D．若增大磁感应强度且同时减小交流电的频率，粒子也能被加速
二、多选题
11、如图所示是回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连，现分别加速氘核（）和氦核（）。已知氘核的质量、电量均是氦核的2倍。下列说法中正确的有（ ）
A．它们的最大速度相同
B．它们的最大动能相同
C．两次所接电源的频率相同
D．仅增大电源的电压可增大粒子的最大动能
12、如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子以一定速度进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E．平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2．平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是（ ）
A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
B．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
C．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小
D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越大
13、如图甲所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断中正确的是（ ）
A．在Ek－t图中应有t4－t3＝t3－t2＝t2－t1[
B．高频电源的变化周期应该等于tn－tn－1
C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大
D．当B一定时，要想粒子获得的最大动能越大，则要求D形盒的面积也越大
14、如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用该加速器给质量为m、电荷量为q的质子加速，狭缝间交变电场的电压为U、周期为T，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，忽略质子通过盒缝的时间。下列说法正确的有（ ）
A．交变电场的周期为T＝
B．增加电压U可以增加质子离开出口的动能
C．题知条件不变，该加速器可以直接用来加速氘核
D．增加电压U可以缩短质子在回旋加速器中的运动时间
15、回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U、频率为f的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是（ ）
A．若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短
B．若只增大交流电压U，则质子获得的最大动能不变
C．若磁感应强度B增大，交流电频率f不需要增大也能正常工作
D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器能用于加速粒子
三、解答题
16、如图所示，一个质量为、电荷量为q的正离子，在D处沿图示方向以一定的速度射入磁感应强度为B的匀强磁场中，此磁场方向垂直纸面向里，结果离子正好从距A点为的小孔C沿垂直于电场方向进入匀强电场，此电场方向与AC平行且向上，最后离子打在G处，而G处距A点2．不计离子重力，离子运动轨迹在纸面内．
求：
（1）此离子在磁场中做圆周运动的半径；
（2）离子从D处运动到G处所需时间为多少；
（3）离子到达G处时的动能为多少．
17、在直角坐标系第一象限与第三象限分布有如图所示的匀强磁场和匀强电场，电场强度为E、磁感应强度为；现在第三象限中从P点以初速度沿x轴方向发射质量为，带的离子，离子经电场后恰从坐标原点O射入磁场．
（1）已知P点的纵坐标为，试求P点的横坐标x；
（2）若离子经O点射入磁场时的速度为2，试求离子在磁场中运动的时间及磁场出射点距O点的距离d．
2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第二册第一章第4节质谱仪与回旋加速器（参考答案）
一、单选题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B D D D C D C B C B
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 AC BD AD AD AB
三、解答题
16、（1）（2）（3）
17、（1） （2）
班级__________ 座号_____ 姓名__________ 分数__________
一、单选题
1、 如图所示，甲是回旋加速器的原理图，乙是研究自感现象的实验电路图，丙是欧姆表的内部电路图，丁图是速度选择器，下列说法正确的是（ ）
A．甲图是加速带电粒子的装置，其加速电压越大，带电粒子最后获得的速度变大
B．乙图电路开关断开瞬间，灯泡A可能会突然闪亮一下
C．丙图在测量电阻时，电流从A经过R流向B
D．丁图中电子从右向左运动时，可能是直线运动
2、 质谱仪可以测定有机化合物分子结构，现有一种质谱仪的结构可简化为如图所示，有机物的气体分子从样品室注入离子化室，在高能电子作用下，样品气体分子离子化或碎裂成离子．若离子化后的离子带正电，初速度为零，此后经过高压电源区、圆形磁场室（内为匀强磁场）、真空管，最后打在记录仪上，通过处理就可以得到离子比荷（）进而推测有机物的分子结构．已知高压电源的电压为U，圆形磁场区的半径为R，真空管与水平面夹角为θ，离子进入磁场室时速度方向指向圆心．则下列说法正确的是
A．高压电源A端应接电源的正极
B．磁场室的磁场方向必须垂直纸面向里
C．若离子化后的两同位素X1、X2（X1质量大于X2质量）同时进入磁场室后，出现图中的轨迹Ⅰ和Ⅱ，则轨迹Ⅰ一定对应X1
D．若磁场室内的磁感应强度大小为B，当记录仪接收到一个明显的信号时，与该信号对应的离子比荷为
3、 回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，a、b接在电压为U、周期为T的交流电源上．两盒间的窄缝中形成匀强电场，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面．带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出．设D形盒的半径为R，现将垂直于金属D形盒的磁场感应强度调节为B．，刚好可以对氚核()进行加速，氚核所能获得的能量为，以后保持交流电源的周期T不变．(已知氚核和α粒子质量比为3：4，电荷量之比为1：2)则：
A．若只增大交变电压U，则氚核在回旋加速器中运行时间不会发生变化
B．若用该装置加速α粒子，应将磁场的磁感应强度大小调整为
C．将磁感应强度调整后对α粒子进行加速，a粒子在加速器中获得的能量等于氚核的能量
D．将磁感应强度调整后对α粒子进行加速，粒子在加速器中加速的次数小于氚核的次数
4、 质谱仪可测定同位素的组成。，现有一束一价的钾 39 和钾 41 离子经电场加速后，沿着与磁场边界垂直的方向进入匀强磁场中，如图所示。测试时规定加速电压大小为 U0，但在实验过程中加速电压有较小的波动，可能偏大或偏小ΔU．为使钾 39 和钾 41 打在照相底片上的区域不重叠，不计离子的重力，则ΔU 不得超过（ ）
A．0.1U0 B．0.01U0 C．0.02 U0 D．0.025 U0
5、 如图所示，由两种比荷不同的离子组成的离子束，从静止经电场加速后，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A．B两束。离子的重力不计，下列说法中正确的有（ ）
A．两束离子的加速电压相同 B．组成A束和B束的离子质量一定相同
C．A束离子的比荷大于B束离子的比荷 D．A束离子的动能大于B束离子的动能
6、 质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。如图所示为质谱仪的原理示意图.现利用这种质谱议对氢元素进行测量。氢元素的各种同位素从容器下方的小孔，无初速度飘入电势差为的加速电场。加速后垂直进入磁感强度为的匀强磁场中。氢的三种同位素最后打在照相底片上，形成、、三条“质谱线”。关于三种同位素进入磁场时速度的排列顺序，和、、三条“质谱线”的排列顺序，下列判断正确的是（ ）
A．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氚、氘、氕
B．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氘、氚、氕
C．、、三条质谱线依次排列的顺序是氘、氚、氕
D．、、三条质谱线依次排列的顺序是氚、氘、氕
7、 一回旋加速器当外加磁场一定时，可把质子加速到v，它能把氚核加速到的速度为（ ）
A．v B．2v C． D．
8、 回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两 极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示．设D形盒半径为R．若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f．则下列说法正确的是（ ）
A．质子被加速后的最大速度不可能超过πfR
B．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关
C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值
D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子
9、 1932年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是
A．离子从磁场中获得能量
B．电场的周期随粒子速度增大而增大
C．离子由加速器的中心附近进入加速器
D．当磁场和电场确定时，这台加速器仅能加速电量相同的离子
10、1932年物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地解决了粒子的加速问题。加速器的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，现使氦核由加速器的中心附近进入加速器，加速后通过特殊装置被引出。下列说法正确的是（ ）
A．粒子运动轨道的间距由里向外逐渐均匀减小
B．若仅增大加速电压，粒子在加速器中运动的总时间将减小
C．粒子能够获得的最大动能随加速电压大小的变化而变化
D．若增大磁感应强度且同时减小交流电的频率，粒子也能被加速
二、多选题
11、如图所示是回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连，现分别加速氘核（）和氦核（）。已知氘核的质量、电量均是氦核的2倍。下列说法中正确的有（ ）
A．它们的最大速度相同
B．它们的最大动能相同
C．两次所接电源的频率相同
D．仅增大电源的电压可增大粒子的最大动能
12、如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子以一定速度进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E．平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2．平板S下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是（ ）
A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
B．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
C．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小
D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越大
13、如图甲所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断中正确的是（ ）
A．在Ek－t图中应有t4－t3＝t3－t2＝t2－t1[
B．高频电源的变化周期应该等于tn－tn－1
C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大
D．当B一定时，要想粒子获得的最大动能越大，则要求D形盒的面积也越大
14、如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用该加速器给质量为m、电荷量为q的质子加速，狭缝间交变电场的电压为U、周期为T，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，忽略质子通过盒缝的时间。下列说法正确的有（ ）
A．交变电场的周期为T＝
B．增加电压U可以增加质子离开出口的动能
C．题知条件不变，该加速器可以直接用来加速氘核
D．增加电压U可以缩短质子在回旋加速器中的运动时间
15、回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U、频率为f的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是（ ）
A．若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短
B．若只增大交流电压U，则质子获得的最大动能不变
C．若磁感应强度B增大，交流电频率f不需要增大也能正常工作
D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器能用于加速粒子
三、解答题
16、如图所示，一个质量为、电荷量为q的正离子，在D处沿图示方向以一定的速度射入磁感应强度为B的匀强磁场中，此磁场方向垂直纸面向里，结果离子正好从距A点为的小孔C沿垂直于电场方向进入匀强电场，此电场方向与AC平行且向上，最后离子打在G处，而G处距A点2．不计离子重力，离子运动轨迹在纸面内．
求：
（1）此离子在磁场中做圆周运动的半径；
（2）离子从D处运动到G处所需时间为多少；
（3）离子到达G处时的动能为多少．
17、在直角坐标系第一象限与第三象限分布有如图所示的匀强磁场和匀强电场，电场强度为E、磁感应强度为；现在第三象限中从P点以初速度沿x轴方向发射质量为，带的离子，离子经电场后恰从坐标原点O射入磁场．
（1）已知P点的纵坐标为，试求P点的横坐标x；
（2）若离子经O点射入磁场时的速度为2，试求离子在磁场中运动的时间及磁场出射点距O点的距离d．
2021-2022学年人教版（2019）选择性必修第二册第一章第4节质谱仪与回旋加速器（参考答案）
一、单选题
题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
答案 B D D D C D C B C B
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 AC BD AD AD AB
三、解答题
16、（1）（2）（3）
17、（1） （2）