2021-2第一章第4节质谱仪与回旋加速器练习（word版含答案）
文档属性
| 名称 | 2021-2第一章第4节质谱仪与回旋加速器练习（word版含答案） |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 998.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-23 09:01:04 | ||
图片预览
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、 如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，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。下列表述正确的是
A．只有带正电的粒子能通过速度选择器沿直线进入狭缝 P
B．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，粒子的比荷越大
C．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
D．能通过的狭缝 P 的带电粒子的速率等于
2、 质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场．如图3所示为质谱仪的原理图．设想有一个静止的质量为m、带电荷量为q的带电粒子(不计重力)，经电压为U的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为B的偏转磁场中，带电粒子打到底片上的P点，设OP＝x，则在图4中能正确反映x与U之间的函数关系的是（ ）
A．
B．
C．
D．
3、 如图所示，水平的平行金属板和直流电源相连，中间有一垂直纸面向外的匀强磁场，一带电粒子以速度v向右飞入板间，恰能做匀速直线运动．仅改变以下某项条件时，物体仍然做匀速直线运动的有
A．让物体从右侧以速度v向左飞入板间
B．让物体带和原先电性相反的电
C．让物体的电量q增大
D．让物体的电量q和质量m等比例增大
4、 如图所示为某一质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由以下几部分构成：离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器。静电分析器通道中心线半径为R，通道内有均匀辐射电场，在中心线上的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度大小为B的匀强磁场（图中未画出），其左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线MN做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器。下列说法中正确的是（ ）
A．磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向里
B．加速电场中的加速电压U＝ER
C．磁分析器中圆心O2到Q点的距离d＝
D．任何离子若能到达P点，则一定能进入收集器
5、 中核集团研发的“超导质子回旋加速器”，能够将质子加速至光速的。用如图所示的回旋加速器加速粒子，两D形金属盒接高频交流电极，使粒子通过两D形金属盒间的狭缝时得到加速，两D形金属盒处于方向垂直盒底的匀强磁场中，下列操作能使带电粒子射出时的动能增大的是（ ）
A．增大D形金属盒的半径 B．减小D形金属盒的半径
C．增大狭缝间的加速电压 D．减小狭缝间的加速电压
6、 如图为回旋加速器的示意图，真空容器D形盒放在与盒面垂直的匀强磁场中，且磁感应强度B保持不变。两盒间狭缝间距很小，粒子从粒子源A处（D形盒圆心）进入加速电场（初速度近似为零）。D形盒半径为R，粒子质量为m、电荷量为+q，两D形盒间接电压为U的高频交流电源。不考虑相对论效应，粒子所受重力和带电粒子穿过狭缝的时间不计。下列论述正确的是（ ）
A．粒子的能量是由加速电场提供的，能获得的最大动能与加速电压U有关
B．若粒子的质量不变，电荷量变为+2q，D形盒间所接高频交流电源的频率不变
C．若粒子的质量不变，电荷量变为+2q，粒子能获得的最大动能增加一倍
D．若增大加速电压U，则粒子在D型盒内运动的总时间减少
7、 关于下列四幅图的说法正确的是（ ）
A．图甲是用来加速带电粒子的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U
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，正离子进入后会偏向B板，故A板电势高于B板电势
C．图丙是速度选择器的示意图，带电粒子（不计重力）能够沿直线从右侧进入并匀速通过速度选择器的条件是
D．图丁是质谱仪的结构示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝S3说明粒子的比荷越大
8、 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，离子源产生一个质量为、电荷量为的正离子，离子产生出来时的速度很小，可以认为是静止的。离子产生出来后经过电压加速，进入磁感应强度为的匀强磁场，沿着半圆周运动最后到达照相底片上，测得它在上的位置到入口处的距离为，若某离子通过上述装置后，测得它在上的位置到入口处的距离大于，则说明（ ）
A．离子的质量一定变大 B．加速电压一定变大
C．磁感应强度一定变大 D．离子所带电荷量可能变小
9、 如图，一束正离子先后经过速度选择器和匀强磁场区域，则在速度选择器中沿直线运动，且在匀强磁场中偏转半径又相等的离子具有相同的（ ）
A．电量和质量 B．质量和动能 C．速度和比荷 D．速度和质量
10、如图所示，水平放置的两块平行金属板，充电后与电源断开。金属板间存在着方向竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里磁感应强度为的匀强磁场。一质量为、电荷量为的带电粒子（不计重力及空气阻力），以水平速度射入场区，恰好做匀速直线运动。则（ ）
A．粒子一定带正电
B．若撤去电场，粒子在板间运动的最长时间可能是
C．若仅将板间距离变为原来的2倍，粒子运动轨迹偏向下极板
D．若有空气阻力，且阻力大小不变，则粒子作匀减速直线运动
二、多选题
11、关于洛伦兹力的应用，下列说法正确的是（ ）
A．图甲是用来加速带电粒子的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U
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出A极板是发电机的负极，B极板是发电机的正极
C．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．图丁是质谱仪的主要原理图。其中在磁场中偏转半径最小的是
12、如图所示，图甲为速度选择器原理示意图，图乙为质谱仪原理示意图，图丙和图丁分别为多级直线加速器和回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间。下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，只有具有速度的粒子才能沿图中虚线路径经过速度选择器
B．图乙中，、、 三种粒子经加速电场射入磁场，在磁场中偏转半径最大
C．图丙中，由于技术上产生过高的电压是很困难的，为了使粒子获得更高的能量，所以采用多级直线加速装置
D．图丁中，随着粒子速度的增大，交流电源的频率也应该增大
13、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
14、回旋加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，D1、D2上加有垂直于表面的磁场，D1、D2间的空隙内加有交变电场，下列说法正确的是（ ）
A．带电粒子从回旋加速器的电场中获得能量
B．回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功
C．带电粒子获得的最大速度与加速器的半径有关
D．带电粒子获得的最大速度与所加磁场的强弱无关
15、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
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
三、解答题
16、某种回旋加速器的设计方案如图甲所示，图中粗黑线段为两个正对的极板，两个极板的板面中部各有一狭缝(沿OP方向的狭长区域)，带电粒子可通过狭缝穿越极板(如图乙所示)，当带电粒子每次进入两极板间时，板间电势差为U(下极板电势高于上极板电势)，当粒子离开两极板后，极板间电势差为零；两细虚线间(除开两极板之间的区域)既无电场也无磁场；其他部分存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直纸面．在离子源S中产生的质量为m、电荷量为q(q>0)的离子，由静止开始被电场加速，经狭缝中的O点进入磁场区域，O点到极板右端的距离为D，到出射孔P的距离为4D，已知磁感应强度大小可以调节，离子从离子源上方的O点射入磁场区域，最终只能从出射孔P射出，假设离子打到器壁或离子源外壁则即被吸收．忽略相对论效应，不计离子重力，求：
(1)离子从出射孔P射出时磁感应强度的最小值；
(2)调节磁感应强度大小使B1=，计算离子从P点射出时的动能．
17、某种加速器的设计方案如图甲所示，图中粗黑线段为两个正对的极板，两个极板的板面中部各有一狭缝（沿方向的狭长区域），带电粒子可通过狭缝穿越极板（如图乙所示），当带电粒子每次进入两极板间时，板间电势差为U（下极板电势高于上极板电势），当粒子离开两极板后，极板间电势差为零；两细虚线间（除开两极板之间的区域）既无电场也无磁场；其他部分存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直纸面。在离子源S中产生的质量为m、电荷量为的离子，由静止开始被电场加速，经狭缝中的O点进入磁场区域，O点到极板右端的距离为D，到出射孔P的距离为，已知磁感应强度大小可以调节，离子从离子源上方的O点射入磁场区域，最终只能从出射孔P射出，假设离子打到器壁或离子源外壁则即被吸收。忽略相对论效应，不计离子重力。
(1)求离子从出射孔P射出时磁感应强度的最小值；
(2)调节磁感应强度大小使，计算离子从P点射出时的动能；
(3)若不计粒子在狭缝电场中运动的时间，第(2)问所述情境粒子在加速器中运动的总时间。
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 B B B A D D D C B
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BC ABC CD AC AB
三、解答题
16、（1）（2）
17、(1)；(2)；(3)
PAGE
第 2 页，共 2 页
班级__________ 座号_____ 姓名__________ 分数__________
一、单选题
1、 如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，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。下列表述正确的是
A．只有带正电的粒子能通过速度选择器沿直线进入狭缝 P
B．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，粒子的比荷越大
C．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里
D．能通过的狭缝 P 的带电粒子的速率等于
2、 质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场．如图3所示为质谱仪的原理图．设想有一个静止的质量为m、带电荷量为q的带电粒子(不计重力)，经电压为U的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为B的偏转磁场中，带电粒子打到底片上的P点，设OP＝x，则在图4中能正确反映x与U之间的函数关系的是（ ）
A．
B．
C．
D．
3、 如图所示，水平的平行金属板和直流电源相连，中间有一垂直纸面向外的匀强磁场，一带电粒子以速度v向右飞入板间，恰能做匀速直线运动．仅改变以下某项条件时，物体仍然做匀速直线运动的有
A．让物体从右侧以速度v向左飞入板间
B．让物体带和原先电性相反的电
C．让物体的电量q增大
D．让物体的电量q和质量m等比例增大
4、 如图所示为某一质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由以下几部分构成：离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器。静电分析器通道中心线半径为R，通道内有均匀辐射电场，在中心线上的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度大小为B的匀强磁场（图中未画出），其左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线MN做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器。下列说法中正确的是（ ）
A．磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向里
B．加速电场中的加速电压U＝ER
C．磁分析器中圆心O2到Q点的距离d＝
D．任何离子若能到达P点，则一定能进入收集器
5、 中核集团研发的“超导质子回旋加速器”，能够将质子加速至光速的。用如图所示的回旋加速器加速粒子，两D形金属盒接高频交流电极，使粒子通过两D形金属盒间的狭缝时得到加速，两D形金属盒处于方向垂直盒底的匀强磁场中，下列操作能使带电粒子射出时的动能增大的是（ ）
A．增大D形金属盒的半径 B．减小D形金属盒的半径
C．增大狭缝间的加速电压 D．减小狭缝间的加速电压
6、 如图为回旋加速器的示意图，真空容器D形盒放在与盒面垂直的匀强磁场中，且磁感应强度B保持不变。两盒间狭缝间距很小，粒子从粒子源A处（D形盒圆心）进入加速电场（初速度近似为零）。D形盒半径为R，粒子质量为m、电荷量为+q，两D形盒间接电压为U的高频交流电源。不考虑相对论效应，粒子所受重力和带电粒子穿过狭缝的时间不计。下列论述正确的是（ ）
A．粒子的能量是由加速电场提供的，能获得的最大动能与加速电压U有关
B．若粒子的质量不变，电荷量变为+2q，D形盒间所接高频交流电源的频率不变
C．若粒子的质量不变，电荷量变为+2q，粒子能获得的最大动能增加一倍
D．若增大加速电压U，则粒子在D型盒内运动的总时间减少
7、 关于下列四幅图的说法正确的是（ ）
A．图甲是用来加速带电粒子的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U
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，正离子进入后会偏向B板，故A板电势高于B板电势
C．图丙是速度选择器的示意图，带电粒子（不计重力）能够沿直线从右侧进入并匀速通过速度选择器的条件是
D．图丁是质谱仪的结构示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝S3说明粒子的比荷越大
8、 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，离子源产生一个质量为、电荷量为的正离子，离子产生出来时的速度很小，可以认为是静止的。离子产生出来后经过电压加速，进入磁感应强度为的匀强磁场，沿着半圆周运动最后到达照相底片上，测得它在上的位置到入口处的距离为，若某离子通过上述装置后，测得它在上的位置到入口处的距离大于，则说明（ ）
A．离子的质量一定变大 B．加速电压一定变大
C．磁感应强度一定变大 D．离子所带电荷量可能变小
9、 如图，一束正离子先后经过速度选择器和匀强磁场区域，则在速度选择器中沿直线运动，且在匀强磁场中偏转半径又相等的离子具有相同的（ ）
A．电量和质量 B．质量和动能 C．速度和比荷 D．速度和质量
10、如图所示，水平放置的两块平行金属板，充电后与电源断开。金属板间存在着方向竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里磁感应强度为的匀强磁场。一质量为、电荷量为的带电粒子（不计重力及空气阻力），以水平速度射入场区，恰好做匀速直线运动。则（ ）
A．粒子一定带正电
B．若撤去电场，粒子在板间运动的最长时间可能是
C．若仅将板间距离变为原来的2倍，粒子运动轨迹偏向下极板
D．若有空气阻力，且阻力大小不变，则粒子作匀减速直线运动
二、多选题
11、关于洛伦兹力的应用，下列说法正确的是（ ）
A．图甲是用来加速带电粒子的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U
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出A极板是发电机的负极，B极板是发电机的正极
C．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．图丁是质谱仪的主要原理图。其中在磁场中偏转半径最小的是
12、如图所示，图甲为速度选择器原理示意图，图乙为质谱仪原理示意图，图丙和图丁分别为多级直线加速器和回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间。下列说法正确的是（ ）
A．图甲中，只有具有速度的粒子才能沿图中虚线路径经过速度选择器
B．图乙中，、、 三种粒子经加速电场射入磁场，在磁场中偏转半径最大
C．图丙中，由于技术上产生过高的电压是很困难的，为了使粒子获得更高的能量，所以采用多级直线加速装置
D．图丁中，随着粒子速度的增大，交流电源的频率也应该增大
13、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
14、回旋加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，D1、D2上加有垂直于表面的磁场，D1、D2间的空隙内加有交变电场，下列说法正确的是（ ）
A．带电粒子从回旋加速器的电场中获得能量
B．回旋加速器中的电场和磁场交替对带电粒子做功
C．带电粒子获得的最大速度与加速器的半径有关
D．带电粒子获得的最大速度与所加磁场的强弱无关
15、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
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
三、解答题
16、某种回旋加速器的设计方案如图甲所示，图中粗黑线段为两个正对的极板，两个极板的板面中部各有一狭缝(沿OP方向的狭长区域)，带电粒子可通过狭缝穿越极板(如图乙所示)，当带电粒子每次进入两极板间时，板间电势差为U(下极板电势高于上极板电势)，当粒子离开两极板后，极板间电势差为零；两细虚线间(除开两极板之间的区域)既无电场也无磁场；其他部分存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直纸面．在离子源S中产生的质量为m、电荷量为q(q>0)的离子，由静止开始被电场加速，经狭缝中的O点进入磁场区域，O点到极板右端的距离为D，到出射孔P的距离为4D，已知磁感应强度大小可以调节，离子从离子源上方的O点射入磁场区域，最终只能从出射孔P射出，假设离子打到器壁或离子源外壁则即被吸收．忽略相对论效应，不计离子重力，求：
(1)离子从出射孔P射出时磁感应强度的最小值；
(2)调节磁感应强度大小使B1=，计算离子从P点射出时的动能．
17、某种加速器的设计方案如图甲所示，图中粗黑线段为两个正对的极板，两个极板的板面中部各有一狭缝（沿方向的狭长区域），带电粒子可通过狭缝穿越极板（如图乙所示），当带电粒子每次进入两极板间时，板间电势差为U（下极板电势高于上极板电势），当粒子离开两极板后，极板间电势差为零；两细虚线间（除开两极板之间的区域）既无电场也无磁场；其他部分存在匀强磁场，磁感应强度方向垂直纸面。在离子源S中产生的质量为m、电荷量为的离子，由静止开始被电场加速，经狭缝中的O点进入磁场区域，O点到极板右端的距离为D，到出射孔P的距离为，已知磁感应强度大小可以调节，离子从离子源上方的O点射入磁场区域，最终只能从出射孔P射出，假设离子打到器壁或离子源外壁则即被吸收。忽略相对论效应，不计离子重力。
(1)求离子从出射孔P射出时磁感应强度的最小值；
(2)调节磁感应强度大小使，计算离子从P点射出时的动能；
(3)若不计粒子在狭缝电场中运动的时间，第(2)问所述情境粒子在加速器中运动的总时间。
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 B B B A D D D C B
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BC ABC CD AC AB
三、解答题
16、（1）（2）
17、(1)；(2)；(3)
PAGE
第 2 页，共 2 页