第一章第4节质谱仪与回旋加速器（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第一章第4节质谱仪与回旋加速器（word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 1.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-22 04:58:41 | ||
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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
核心素养提升
一、单选题
1、 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
2、 劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示：置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，加速电压为U．若D型盒圆心A处粒子源产生的粒子质量为m、电荷量为+q，初速度为零，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑重力的影响，则下列说法正确的是
A．随着速度的增加，带电粒子在磁场中运动的周期越来越短
B．质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为2：1
C．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比
D．质子被加速后的最大动能等于
3、 如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图．速度选择器(也称滤速器)中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外．在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，若m甲=m乙A．甲、乙、丙、丁
B．甲、乙、丁、丙
C．甲、丁、丙、乙
D．甲、丁、乙、丙
4、 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
5、 质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子（不计重力）经同一电场加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子的质量。其工作原理如图所示，虚线为某粒子的运动轨迹，由图可知( )
A．此粒子带负电
B．下极板比上极板电势高
C．若只增大加速电压，则半径变大
D．若只增大入射粒子的质量，则半径变小
6、 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．
7、 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具．它的构造原理如图所示，粒子源S发出两种带正电的同位素粒子甲、乙，速度都很小，可忽略不计．粒子经过电场加速后垂直进入有界匀强磁场，最终打到底片上，测得甲、乙两粒子打在底片上的点到入射点的距离之比为3∶2，则甲、乙两粒子的质量之比是( )
A．2∶3 B．∶ C．∶ D．9∶4
8、 如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．如图甲是回旋加速器的示意图。要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压
B．如图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出极板是发电机的负极
C．如图丙是速度选择器，带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
D．如图丁是质谱仪的原理示意图，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝，粒子的比荷越小
9、 如图所示为一速度选择器，内有一磁感应强度B方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束正离子以速度v从左侧水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转（不计重力）则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，下列说法不正确的是（ ）
A．该电场场强大小为，方向向上
B．离子沿直线匀速穿过该装置的时间与场强无关
C．负离子从右向左水平射入时，不会发生偏转
D．负离子从左向右水平射入时，也不会发生偏转
10、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
二、多选题
11、速度相同的一束带电粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是
A．速度选择器的P1极板带负电
B．该束带电粒子带正电
C．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0，粒子的比荷越大
D．能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于EB1
12、某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，质子先被加速到具有较高的能量，然后被引向轰击肿瘤，进而杀死肿瘤细胞。在模拟治疗的过程中，需要将质子由静止加速到1.0×107m/s。若用直线加速器加速该质子，需要较长的加速长度；现改用磁感应强度B=2 T的回旋加速器加速该质子。已知质子的比荷约为108C/kg，则下列说法正确的是（ ）
A．若用直线加速器加速该质子，则加速电压约为2×106V
B．若用直线加速器加速该质子，则加速电压约为5×105V
C．若用回旋加速器加速该质子，则回旋加速器的直径约为5cm
D．若用回旋加速器加速该质子，则回旋加速器的直径约为10cm
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，含有、、的带电粒子束从小孔O1处射入速度选择器，沿直线O1O2运动的粒子在小孔O2处射出后垂直进入偏转磁场，最终打在P1、P两点。则（ ）
A．沿直线O1O2运动的粒子速度相等
B．打在P点的粒子是和
C．O2P的长度是O2P1长度的2倍
D．粒子在偏转磁场中运动的时间最长
15、速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束，其运动轨迹如图所示，其中S0A:S0C＝2：3，则下列说法中正确的是
A．甲束粒子带正电，乙束粒子带负电
B．甲、乙两束粒子的速度比为2∶3
C．甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷
D．能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于
三、解答题
16、如图所示的平面直角坐标系xOy，在第Ⅰ象限内有平行于y轴的匀强电场，方向沿y轴正方向；在第Ⅳ象限有一与x轴相切的圆形匀强磁场区域（图中未画出），磁场方向垂直于xOy平面向里，大小为B．一质量为m、电荷量大小为q的带负电粒子，从y轴上的点，以大小为的速度沿x轴正方向射入电场，通过电场后从x轴上的点进入第Ⅳ象限的圆形匀强磁场，经过磁场后从y轴上的某点进入第Ⅲ象限，且速度与y轴负方向成45°角，不计粒子所受的重力。求：
(1)电场强度E的大小；
(2)圆形磁场区域的最小面积；
(3)粒子从P点运动开始，到再次经过y轴所经历的时间。
17、如图所示，平面直角坐标系xOy中，在第二象限内有一半径的圆，与y轴相切于点，圆内有匀强磁场，方向垂直于xOy平面向外。在处有一个比荷为的带正电的粒子，正对该圆圆心方向发射，粒子的发射速率，粒子在Q点进入第一象限。在第一象限某处存在一个矩形匀强磁场区域，磁场方向垂直于xOy平面向外，磁感应强度。粒子经该磁场偏转后，在x轴M点沿y轴负方向进入第四象限（不考虑粒子的重力）。求：
(1)第二象限圆内磁场的磁感应强度B的大小。
(2)第一象限内矩形磁场区域的最小面积。
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 B C C D C C D
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BC BD AD ABC CD
三、解答题
16、(1)；(2)； (3)
17、(1)； (2)
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核心素养提升
一、单选题
1、 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
2、 劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示：置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，加速电压为U．若D型盒圆心A处粒子源产生的粒子质量为m、电荷量为+q，初速度为零，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑重力的影响，则下列说法正确的是
A．随着速度的增加，带电粒子在磁场中运动的周期越来越短
B．质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为2：1
C．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比
D．质子被加速后的最大动能等于
3、 如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图．速度选择器(也称滤速器)中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外．在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，若m甲=m乙
B．甲、乙、丁、丙
C．甲、丁、丙、乙
D．甲、丁、乙、丙
4、 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
5、 质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子（不计重力）经同一电场加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子的质量。其工作原理如图所示，虚线为某粒子的运动轨迹，由图可知( )
A．此粒子带负电
B．下极板比上极板电势高
C．若只增大加速电压，则半径变大
D．若只增大入射粒子的质量，则半径变小
6、 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．
7、 质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具．它的构造原理如图所示，粒子源S发出两种带正电的同位素粒子甲、乙，速度都很小，可忽略不计．粒子经过电场加速后垂直进入有界匀强磁场，最终打到底片上，测得甲、乙两粒子打在底片上的点到入射点的距离之比为3∶2，则甲、乙两粒子的质量之比是( )
A．2∶3 B．∶ C．∶ D．9∶4
8、 如图所示，下列说法正确的是（ ）
A．如图甲是回旋加速器的示意图。要想粒子获得的最大动能增大，可增加电压
B．如图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出极板是发电机的负极
C．如图丙是速度选择器，带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
D．如图丁是质谱仪的原理示意图，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝，粒子的比荷越小
9、 如图所示为一速度选择器，内有一磁感应强度B方向垂直纸面向外的匀强磁场，一束正离子以速度v从左侧水平射入，为使粒子流经磁场时不偏转（不计重力）则磁场区域内必须同时存在一个匀强电场，下列说法不正确的是（ ）
A．该电场场强大小为，方向向上
B．离子沿直线匀速穿过该装置的时间与场强无关
C．负离子从右向左水平射入时，不会发生偏转
D．负离子从左向右水平射入时，也不会发生偏转
10、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
二、多选题
11、速度相同的一束带电粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是
A．速度选择器的P1极板带负电
B．该束带电粒子带正电
C．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0，粒子的比荷越大
D．能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于EB1
12、某些肿瘤可以用“质子疗法”进行治疗。在这种疗法中，质子先被加速到具有较高的能量，然后被引向轰击肿瘤，进而杀死肿瘤细胞。在模拟治疗的过程中，需要将质子由静止加速到1.0×107m/s。若用直线加速器加速该质子，需要较长的加速长度；现改用磁感应强度B=2 T的回旋加速器加速该质子。已知质子的比荷约为108C/kg，则下列说法正确的是（ ）
A．若用直线加速器加速该质子，则加速电压约为2×106V
B．若用直线加速器加速该质子，则加速电压约为5×105V
C．若用回旋加速器加速该质子，则回旋加速器的直径约为5cm
D．若用回旋加速器加速该质子，则回旋加速器的直径约为10cm
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，含有、、的带电粒子束从小孔O1处射入速度选择器，沿直线O1O2运动的粒子在小孔O2处射出后垂直进入偏转磁场，最终打在P1、P两点。则（ ）
A．沿直线O1O2运动的粒子速度相等
B．打在P点的粒子是和
C．O2P的长度是O2P1长度的2倍
D．粒子在偏转磁场中运动的时间最长
15、速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束，其运动轨迹如图所示，其中S0A:S0C＝2：3，则下列说法中正确的是
A．甲束粒子带正电，乙束粒子带负电
B．甲、乙两束粒子的速度比为2∶3
C．甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷
D．能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于
三、解答题
16、如图所示的平面直角坐标系xOy，在第Ⅰ象限内有平行于y轴的匀强电场，方向沿y轴正方向；在第Ⅳ象限有一与x轴相切的圆形匀强磁场区域（图中未画出），磁场方向垂直于xOy平面向里，大小为B．一质量为m、电荷量大小为q的带负电粒子，从y轴上的点，以大小为的速度沿x轴正方向射入电场，通过电场后从x轴上的点进入第Ⅳ象限的圆形匀强磁场，经过磁场后从y轴上的某点进入第Ⅲ象限，且速度与y轴负方向成45°角，不计粒子所受的重力。求：
(1)电场强度E的大小；
(2)圆形磁场区域的最小面积；
(3)粒子从P点运动开始，到再次经过y轴所经历的时间。
17、如图所示，平面直角坐标系xOy中，在第二象限内有一半径的圆，与y轴相切于点，圆内有匀强磁场，方向垂直于xOy平面向外。在处有一个比荷为的带正电的粒子，正对该圆圆心方向发射，粒子的发射速率，粒子在Q点进入第一象限。在第一象限某处存在一个矩形匀强磁场区域，磁场方向垂直于xOy平面向外，磁感应强度。粒子经该磁场偏转后，在x轴M点沿y轴负方向进入第四象限（不考虑粒子的重力）。求：
(1)第二象限圆内磁场的磁感应强度B的大小。
(2)第一象限内矩形磁场区域的最小面积。
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 B C C D C C D
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BC BD AD ABC CD
三、解答题
16、(1)；(2)； (3)
17、(1)； (2)
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