第4节 质谱仪与回旋加速器 同步练习（Word版含答案）
文档属性
| 名称 | 第4节 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 | 483.2KB | ||
| 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 22:32:55 | ||
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文档简介
人教2019物理 选修二 1.4质谱仪与回旋加速器 同步练习
一．选择题（共10小题）
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电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，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。下述说法中正确的是（ ）
A．粒子只在电场中加速，因此电压越大，粒子的最大动能越大
B．可以采用减小高频电源的频率，增大电场中加速时间来增大粒子的最大动能
C．粒子在磁场中只是改变方向，因此粒子的最大动能与磁感应强度无关
D．粒子的最大动能与D形盒的半径有关
2．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
3．1930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。现对氚核（H）加速，所需的高频电源的频率为f，已知元电荷为e，下列说法正确的是（ ）
A．被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大
B．高频电源的电压越大，氚核最终射出回旋加速器的速度越大
C．氚核的质量为
D．该回旋加速器接频率为f的高频电源时，也可以对氦核（He）加速
4．质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备，它的构造原理如图所示。离子源S产生的各种不同正离子束（速度可视为零），经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点。设P到S1的距离为x，则（ ）
A．只要x相同，对应的离子质量一定相同
B．只要x相同，对应的离子电荷量一定相同
C．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越大
D．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越小
5．如图是重离子回旋加速器示意图，所谓重离子，是指重于2号元素氮（He）并被电离的粒子，重离子回旋加速器的核心部分是两个相距很近的金属D形盒，分别和高频交流电源相连接，在两个D形盒的窄缝中产生匀强电场使重离子加速，则下列说法正确的是（ ）
A．电场和磁场变化周期相同，交替进行使重离子加速
B．呈电中性的粒子也能使用回旋加速器加速
C．保持D形盒中磁场不变，要加速比荷较大的重离子所需的交流电源的周期一定较大
D．不改变其他条件只减小电场电压则重离子在D形盒中运动时间变长
6．下列关于磁场的应用，正确的是（ ）
A．图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器示意图，要使粒子获得的最大动能增大，可增大加速电场的电压U
B．图乙是磁流体发电机示意图，由此可判断A极板是发电机的正极，B极板是发电机的负极
C．图丙是速度选择器示意图，不考虑重力的带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
D．图丁是磁电式电流表内部结构示意图，当有电流流过时，线圈在磁极间产生的匀强磁场中偏转
7．如图所示为一种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，在中心线处的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面、磁感应强度为B的匀强磁场，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内
B．加速电场中的加速电压U＝ER
C．磁分析器中圆心Q2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
8．如图所示为质谱仪的结构图，该质谱仪由速度选择器与偏转磁场两部分组成，已知速度选择器中的磁感应强度大小为B0、电场强度大小为E，荧光屏PQ下方匀强磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为2B0。三个带电荷量均为q、质量不同的粒子沿竖直方向经速度选择器由荧光屏上的狭缝O进入偏转磁场，最终打在荧光屏上的S1、S2、S3处，相对应的三个粒子的质量分别为m1、m2、m3，忽略粒子的重力以及粒子间的相互作用。则下列说法不正确的是（ ）
A．打在S3发位置的粒子质量最大
B．质量为m1的粒子在偏转磁场中运动时间最短
C．如果S1S3＝Δx，则
D．如m1、m2在偏转磁场中运动时间差为Δt，则
9．如图所示为回旋加速器的示意图。两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，质子从加速器的A处开始加速。已知D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m、电荷量为q，下列说法正确的是（ ）
A．质子的最大速度不超过2πRf
B．质子在回旋加速器中共加速次
C．若忽略在电场中的运动时间，质子在回旋加速器中的运动时间为
D．若只增大磁感应强度B，回旋加速器仍可正常工作
10．如图所示为一种质谱仪的示意图，该质谱仪由速度选择器、静电分析器和磁分析器组成。若速度选择器中电场强度大小为E1，磁感应强度大小为B1、方向垂直纸面向里，静电分析器通道中心线为圆弧，圆弧的半径（OP）为R，通道内有均匀辐射的电场，在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器中有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外。一带电粒子以速度v沿直线经过速度选择器后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点，不计粒子重力。下列说法正确的是（ ）
A．速度选择器的极板P1的电势比极板P2的低
B．粒子的速度
C．粒子的比荷为
D．P、Q两点间的距离为
二．多选题（共5小题）
（多选）11．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，则质子获得的最大动能增大
B．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
C．若磁感应强度B增大，交流电频率f必须适当增大才能正常工作
D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器也能用于加速α粒子
（多选）12．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．平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是（ ）
A．质谱仪是一种测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具
B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小
（多选）13．图甲是回旋加速器的工作原理图．D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差，A处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速．两半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动．若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，不计带电粒子在电场中的加速时间，不考虑由相对论效应带来的影响，下列判断正确的是（ ）
A．在Ek﹣t图中应有tn+1﹣tn＝tn﹣tn﹣1
B．在Ek﹣t图中应有tn+1﹣tn＜tn﹣tn﹣1
C．在Ek﹣t图中应有En+1﹣En＝En﹣En﹣1
D．在Ek﹣t图中应有En+1﹣En＜En﹣En﹣1
（多选）14．如图所示是一种质谱仪的示意图，从离子源S产生的初速度为零的正离子，经过S1和S2之间电压为U的电场加速，进入电场强度为E，磁感应强度为B1的速度选择器N1和N2之间，沿直线通过速度选择器后由S3垂直边界射入磁感应强度为B2的匀强磁场区域。由于各种离子轨道半径不同，偏转后打到不同位置，形成谱线，测量出离子在B2区的半径就可以计算出比荷为，关于粒子在质谱仪中的运动分析下列说法正确的是（ ）
A．半径为R的离子的比荷为
B．半径为R的离子的比荷为
C．若氕、氘、氚可以经过E、B1一定的速度选择器，则它们加速电场的电压之比为3：2：1
D．若氕、氘、氚可以经过E、B1一定的速度选择器，则它们的谱线位置到S3的距离之比为1：2：3
（多选）15．回旋加速器的工作原理如图所示，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以忽略不计．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直．A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q，在加速器中被加速，加速电压为U，加速过程中不考虑相对论效应和重力作用．则下列说法正确的是（ ）
A．粒子第1次和第2次经过狭缝后轨道半径之比为
B．加速电场的频率为
C．粒子可获得的最大动能为
D．粒子被加速的总次数为
三．填空题（共2小题）
16. 质谱仪工作原理：利用 让带电粒子获得一定的速度，利用 让粒子做圆周运动。粒子进入磁场时的速度 v 等于它在电场中被加速而得到的速度。由动能定理得 。得到速度为 。粒子在磁场中只受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动，圆周的半径为 。联立以上各式得
17. 回旋加速器工作原理：利用 对带电粒子的加速作用和 对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件 —— 两个 形盒和其间的窄缝内完成。
四．计算题（共3小题）
18．如图所示为质谱仪的原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强大小为E、方向水平向右．已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场．带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点．可测量出G、H间的距离为l．带电粒子的重力可忽略不计．求
（1）粒子从加速电场射出时速度v的大小；
（2）速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向；
（3）偏转磁场的磁感应强度B2的大小．
19．如图所示，在x轴上方存在匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里．在x轴下方存在匀强电场，方向竖直向上．一个质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子从y轴上的a（0，h）点沿y轴正方向以某初速度开始运动，一段时间后，粒子速度方向与x轴正方向成45°角进入电场，经过y轴的b点时速度方向恰好与y轴垂直。求：
（1）粒子在磁场中运动的轨道半径r
（2）粒子到达b点时的速度大小vb；
（3）粒子从a点运动到b点所用的时间t。
20．如图所示为质谱仪的原理图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后，进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E，方向水平向右．带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点既垂直直线MN又垂直于磁场的方向射入偏转磁场．偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场．带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点．已知偏转磁场的磁感应强度为B2，带电粒子的重力可忽略不计．求：
（1）粒子从加速电场射出时速度的大小；
（2）粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向；
（3）带电粒子进入偏转磁场的G点到照相底片H点的距离L．
人教2019物理 选修二 1.4质谱仪与回旋加速器 同步练习
参考答案与试题解析
一．选择题（共10小题）
1．D。
2．B。
3．C。
4．C。
5．D。
6．C。
7．B。
8．C。
9．A。
10．C。
二．多选题（共5小题）
11．BC。
12．ABC。
13．AC。
14．ABD。
15．ACD。
三．填空题（共2小题）
16. 加速电场，偏转电场， ， ；
17. 电场，磁场，D。
四．计算题（共3小题）
18．答：（1）粒子从加速电场射出时速度v的大小为；
（2）速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小为，方向垂直纸面向外．
（3）偏转磁场的磁感应强度B2的大小为．
19．答：（1）粒子在磁场中运动的轨道半径r是
（2）粒子到达b点时的速度大小vb是
（3）粒子从a点运动到b点所用的时间t是
20．答：（1）粒子从加速电场射出时速度的大小为；
（2）粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1大小为，方向垂直纸面向外；
（3）带电粒子进入偏转磁场的G点到照相底片H点的距离为。第11页（共13页）
一．选择题（共10小题）
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电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，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。下述说法中正确的是（ ）
A．粒子只在电场中加速，因此电压越大，粒子的最大动能越大
B．可以采用减小高频电源的频率，增大电场中加速时间来增大粒子的最大动能
C．粒子在磁场中只是改变方向，因此粒子的最大动能与磁感应强度无关
D．粒子的最大动能与D形盒的半径有关
2．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
3．1930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。现对氚核（H）加速，所需的高频电源的频率为f，已知元电荷为e，下列说法正确的是（ ）
A．被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大
B．高频电源的电压越大，氚核最终射出回旋加速器的速度越大
C．氚核的质量为
D．该回旋加速器接频率为f的高频电源时，也可以对氦核（He）加速
4．质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备，它的构造原理如图所示。离子源S产生的各种不同正离子束（速度可视为零），经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点。设P到S1的距离为x，则（ ）
A．只要x相同，对应的离子质量一定相同
B．只要x相同，对应的离子电荷量一定相同
C．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越大
D．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越小
5．如图是重离子回旋加速器示意图，所谓重离子，是指重于2号元素氮（He）并被电离的粒子，重离子回旋加速器的核心部分是两个相距很近的金属D形盒，分别和高频交流电源相连接，在两个D形盒的窄缝中产生匀强电场使重离子加速，则下列说法正确的是（ ）
A．电场和磁场变化周期相同，交替进行使重离子加速
B．呈电中性的粒子也能使用回旋加速器加速
C．保持D形盒中磁场不变，要加速比荷较大的重离子所需的交流电源的周期一定较大
D．不改变其他条件只减小电场电压则重离子在D形盒中运动时间变长
6．下列关于磁场的应用，正确的是（ ）
A．图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器示意图，要使粒子获得的最大动能增大，可增大加速电场的电压U
B．图乙是磁流体发电机示意图，由此可判断A极板是发电机的正极，B极板是发电机的负极
C．图丙是速度选择器示意图，不考虑重力的带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是
D．图丁是磁电式电流表内部结构示意图，当有电流流过时，线圈在磁极间产生的匀强磁场中偏转
7．如图所示为一种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，在中心线处的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面、磁感应强度为B的匀强磁场，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内
B．加速电场中的加速电压U＝ER
C．磁分析器中圆心Q2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
8．如图所示为质谱仪的结构图，该质谱仪由速度选择器与偏转磁场两部分组成，已知速度选择器中的磁感应强度大小为B0、电场强度大小为E，荧光屏PQ下方匀强磁场的方向垂直纸面向外，磁感应强度大小为2B0。三个带电荷量均为q、质量不同的粒子沿竖直方向经速度选择器由荧光屏上的狭缝O进入偏转磁场，最终打在荧光屏上的S1、S2、S3处，相对应的三个粒子的质量分别为m1、m2、m3，忽略粒子的重力以及粒子间的相互作用。则下列说法不正确的是（ ）
A．打在S3发位置的粒子质量最大
B．质量为m1的粒子在偏转磁场中运动时间最短
C．如果S1S3＝Δx，则
D．如m1、m2在偏转磁场中运动时间差为Δt，则
9．如图所示为回旋加速器的示意图。两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，质子从加速器的A处开始加速。已知D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m、电荷量为q，下列说法正确的是（ ）
A．质子的最大速度不超过2πRf
B．质子在回旋加速器中共加速次
C．若忽略在电场中的运动时间，质子在回旋加速器中的运动时间为
D．若只增大磁感应强度B，回旋加速器仍可正常工作
10．如图所示为一种质谱仪的示意图，该质谱仪由速度选择器、静电分析器和磁分析器组成。若速度选择器中电场强度大小为E1，磁感应强度大小为B1、方向垂直纸面向里，静电分析器通道中心线为圆弧，圆弧的半径（OP）为R，通道内有均匀辐射的电场，在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器中有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外。一带电粒子以速度v沿直线经过速度选择器后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点，不计粒子重力。下列说法正确的是（ ）
A．速度选择器的极板P1的电势比极板P2的低
B．粒子的速度
C．粒子的比荷为
D．P、Q两点间的距离为
二．多选题（共5小题）
（多选）11．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，则质子获得的最大动能增大
B．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
C．若磁感应强度B增大，交流电频率f必须适当增大才能正常工作
D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器也能用于加速α粒子
（多选）12．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．平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是（ ）
A．质谱仪是一种测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具
B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小
（多选）13．图甲是回旋加速器的工作原理图．D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差，A处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速．两半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动．若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，不计带电粒子在电场中的加速时间，不考虑由相对论效应带来的影响，下列判断正确的是（ ）
A．在Ek﹣t图中应有tn+1﹣tn＝tn﹣tn﹣1
B．在Ek﹣t图中应有tn+1﹣tn＜tn﹣tn﹣1
C．在Ek﹣t图中应有En+1﹣En＝En﹣En﹣1
D．在Ek﹣t图中应有En+1﹣En＜En﹣En﹣1
（多选）14．如图所示是一种质谱仪的示意图，从离子源S产生的初速度为零的正离子，经过S1和S2之间电压为U的电场加速，进入电场强度为E，磁感应强度为B1的速度选择器N1和N2之间，沿直线通过速度选择器后由S3垂直边界射入磁感应强度为B2的匀强磁场区域。由于各种离子轨道半径不同，偏转后打到不同位置，形成谱线，测量出离子在B2区的半径就可以计算出比荷为，关于粒子在质谱仪中的运动分析下列说法正确的是（ ）
A．半径为R的离子的比荷为
B．半径为R的离子的比荷为
C．若氕、氘、氚可以经过E、B1一定的速度选择器，则它们加速电场的电压之比为3：2：1
D．若氕、氘、氚可以经过E、B1一定的速度选择器，则它们的谱线位置到S3的距离之比为1：2：3
（多选）15．回旋加速器的工作原理如图所示，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以忽略不计．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直．A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q，在加速器中被加速，加速电压为U，加速过程中不考虑相对论效应和重力作用．则下列说法正确的是（ ）
A．粒子第1次和第2次经过狭缝后轨道半径之比为
B．加速电场的频率为
C．粒子可获得的最大动能为
D．粒子被加速的总次数为
三．填空题（共2小题）
16. 质谱仪工作原理：利用 让带电粒子获得一定的速度，利用 让粒子做圆周运动。粒子进入磁场时的速度 v 等于它在电场中被加速而得到的速度。由动能定理得 。得到速度为 。粒子在磁场中只受洛伦兹力作用，做匀速圆周运动，圆周的半径为 。联立以上各式得
17. 回旋加速器工作原理：利用 对带电粒子的加速作用和 对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件 —— 两个 形盒和其间的窄缝内完成。
四．计算题（共3小题）
18．如图所示为质谱仪的原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强大小为E、方向水平向右．已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场．带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点．可测量出G、H间的距离为l．带电粒子的重力可忽略不计．求
（1）粒子从加速电场射出时速度v的大小；
（2）速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向；
（3）偏转磁场的磁感应强度B2的大小．
19．如图所示，在x轴上方存在匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直纸面向里．在x轴下方存在匀强电场，方向竖直向上．一个质量为m，电荷量为q，重力不计的带正电粒子从y轴上的a（0，h）点沿y轴正方向以某初速度开始运动，一段时间后，粒子速度方向与x轴正方向成45°角进入电场，经过y轴的b点时速度方向恰好与y轴垂直。求：
（1）粒子在磁场中运动的轨道半径r
（2）粒子到达b点时的速度大小vb；
（3）粒子从a点运动到b点所用的时间t。
20．如图所示为质谱仪的原理图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后，进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E，方向水平向右．带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点既垂直直线MN又垂直于磁场的方向射入偏转磁场．偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场．带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点．已知偏转磁场的磁感应强度为B2，带电粒子的重力可忽略不计．求：
（1）粒子从加速电场射出时速度的大小；
（2）粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向；
（3）带电粒子进入偏转磁场的G点到照相底片H点的距离L．
人教2019物理 选修二 1.4质谱仪与回旋加速器 同步练习
参考答案与试题解析
一．选择题（共10小题）
1．D。
2．B。
3．C。
4．C。
5．D。
6．C。
7．B。
8．C。
9．A。
10．C。
二．多选题（共5小题）
11．BC。
12．ABC。
13．AC。
14．ABD。
15．ACD。
三．填空题（共2小题）
16. 加速电场，偏转电场， ， ；
17. 电场，磁场，D。
四．计算题（共3小题）
18．答：（1）粒子从加速电场射出时速度v的大小为；
（2）速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小为，方向垂直纸面向外．
（3）偏转磁场的磁感应强度B2的大小为．
19．答：（1）粒子在磁场中运动的轨道半径r是
（2）粒子到达b点时的速度大小vb是
（3）粒子从a点运动到b点所用的时间t是
20．答：（1）粒子从加速电场射出时速度的大小为；
（2）粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1大小为，方向垂直纸面向外；
（3）带电粒子进入偏转磁场的G点到照相底片H点的距离为。第11页（共13页）