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 | 808.6KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-26 00:23:25 | ||
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文档简介
人教版（2019）2021-2022学年选择性必修第二册第一章第4节质谱仪与回旋加速器
一、单选题
1． 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
2． 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
3． 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被加速，两个D形金属盒中有垂直于盒面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。如图所示，两D形盒间的狭缝很小，粒子穿过狭缝的时间可忽略，两D形盒接在电压为U、频率为f的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在回旋加速器中被加速，下列说法正确的是（ ）
A．A处粒子源产生的质子在磁场中运动的周期的一半和高频交流电的周期相等
B．若只增大交流电压U，则质子从回旋加速器中射出时的动能变大
C．若只增大D形盒的半径，则质子从回旋加速器中射出时的动能可能不变
D．若D形盒中磁感应强度大小B增大，则其所接交流电频率f必须增大才能使装置正常工作
4． 如图所示，空间某一区域中存在着方向互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B，电场的方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里。一个带电粒子在这一区域中沿直线运动，不计粒子的重力，则（ ）
A．粒子带正电
B．粒子可能做变速直线运动
C．粒子做匀速直线运动，速度
D．粒子所受到的洛伦兹力可能做正功也可能做负功
5． 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
6． 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
7． 如图为质谱仪测定带电粒子质量的装置示意图。速度选择器中场强E方向向下，磁感应强度的方向垂直纸面向里，右侧分离器中磁感应强度的方向垂直纸面向外。在处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于和入射。若，，不计重力，则分别打在四点的离子分别是（ ）
A．甲乙丙丁 B．甲丁乙丙 C．丙丁乙甲 D．甲乙丁丙
8． 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
9． 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
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出B极板是发电机的正极，A极板是发电机的负极
C．图丙是速度选择器的示意图，带电粒子（不计重力）能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是，即
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说明粒子的比荷越小
10．如图所示为质谱仪的原理示意图，现让某束离子（可能含有多种离子）从容器A下方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场。经电场加速后垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，在核乳胶片上形成a、b两条“质谱线”，则下列判断正确的是（ ）
A．a、b谱线的对应离子均带负电 B．a谱线的对应离子的质量较大
C．b谱线的对应离子的质量较大 D．a谱线的对应离子的比荷较大
二、多选题
11．粒子回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的D形金属盒的半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为f，加速电场的电压为U，若中心粒子源处产生的质子质量为m，电荷量为＋e，在加速器中被加速。不考虑相对论效应，则下列说法正确是（ ）
A．不改变磁感应强度B和交流电的频率f，该加速器也可加速α粒子
B．质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为∶1
C．质子被加速后的最大速度不能超过2πRf
D．加速的粒子获得的最大动能随加速电压U的增大而增大
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．回旋加速器的工作原理如图所示，D1和D2是两个中空半圆金属盒，它们接在电压一定的交流电源上．A处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速，两个半圆盒处于盒面垂直的匀强磁场中，下列说法正确的是（ ）
A．粒子从磁场中获得能量
B．粒子从电场中获得能量
C．粒子离开回旋加速器获得动能与电压无关
D．粒子被电场加速后，运动越来越快，走过半圆的时间越来越短
14．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，磁感应强度大小为、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()为，通道内有均匀辐射的电场，在中心线处的电场强度大小为，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、方向垂直于纸面向外．一带电粒子以速度沿直线经过速度选择器后沿中心线通过静电分析器，由点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的点，不计粒子重力．下列说法正确的是
A．速度选择器的极板的电势板比极板的高
B．粒子的速度
C．粒子的比荷为
D．两点间的距离为
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．回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒内的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rmax。求：
（1）粒子在盒内做何种运动；
（2）所加交流电源频率及粒子角速度；
（3）粒子离开加速器时的最大速度及最大动能。
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。
人教版（2019）2021-2022学年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 D C D C D C B B B D
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BC BD BC AC AB
三、解答题
16．（1）见解析；（2）；；（3）；
17．(1)； (2)
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一、单选题
1． 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
2． 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
3． 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被加速，两个D形金属盒中有垂直于盒面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。如图所示，两D形盒间的狭缝很小，粒子穿过狭缝的时间可忽略，两D形盒接在电压为U、频率为f的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在回旋加速器中被加速，下列说法正确的是（ ）
A．A处粒子源产生的质子在磁场中运动的周期的一半和高频交流电的周期相等
B．若只增大交流电压U，则质子从回旋加速器中射出时的动能变大
C．若只增大D形盒的半径，则质子从回旋加速器中射出时的动能可能不变
D．若D形盒中磁感应强度大小B增大，则其所接交流电频率f必须增大才能使装置正常工作
4． 如图所示，空间某一区域中存在着方向互相垂直的匀强电场E和匀强磁场B，电场的方向水平向右，磁场方向垂直纸面向里。一个带电粒子在这一区域中沿直线运动，不计粒子的重力，则（ ）
A．粒子带正电
B．粒子可能做变速直线运动
C．粒子做匀速直线运动，速度
D．粒子所受到的洛伦兹力可能做正功也可能做负功
5． 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
6． 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
7． 如图为质谱仪测定带电粒子质量的装置示意图。速度选择器中场强E方向向下，磁感应强度的方向垂直纸面向里，右侧分离器中磁感应强度的方向垂直纸面向外。在处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于和入射。若，，不计重力，则分别打在四点的离子分别是（ ）
A．甲乙丙丁 B．甲丁乙丙 C．丙丁乙甲 D．甲乙丁丙
8． 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
9． 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
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出B极板是发电机的正极，A极板是发电机的负极
C．图丙是速度选择器的示意图，带电粒子（不计重力）能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是，即
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说明粒子的比荷越小
10．如图所示为质谱仪的原理示意图，现让某束离子（可能含有多种离子）从容器A下方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场。经电场加速后垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，在核乳胶片上形成a、b两条“质谱线”，则下列判断正确的是（ ）
A．a、b谱线的对应离子均带负电 B．a谱线的对应离子的质量较大
C．b谱线的对应离子的质量较大 D．a谱线的对应离子的比荷较大
二、多选题
11．粒子回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的D形金属盒的半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为f，加速电场的电压为U，若中心粒子源处产生的质子质量为m，电荷量为＋e，在加速器中被加速。不考虑相对论效应，则下列说法正确是（ ）
A．不改变磁感应强度B和交流电的频率f，该加速器也可加速α粒子
B．质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为∶1
C．质子被加速后的最大速度不能超过2πRf
D．加速的粒子获得的最大动能随加速电压U的增大而增大
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．回旋加速器的工作原理如图所示，D1和D2是两个中空半圆金属盒，它们接在电压一定的交流电源上．A处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速，两个半圆盒处于盒面垂直的匀强磁场中，下列说法正确的是（ ）
A．粒子从磁场中获得能量
B．粒子从电场中获得能量
C．粒子离开回旋加速器获得动能与电压无关
D．粒子被电场加速后，运动越来越快，走过半圆的时间越来越短
14．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，磁感应强度大小为、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()为，通道内有均匀辐射的电场，在中心线处的电场强度大小为，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、方向垂直于纸面向外．一带电粒子以速度沿直线经过速度选择器后沿中心线通过静电分析器，由点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的点，不计粒子重力．下列说法正确的是
A．速度选择器的极板的电势板比极板的高
B．粒子的速度
C．粒子的比荷为
D．两点间的距离为
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．回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D形金属盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒内的窄缝中形成匀强电场，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为Rmax。求：
（1）粒子在盒内做何种运动；
（2）所加交流电源频率及粒子角速度；
（3）粒子离开加速器时的最大速度及最大动能。
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。
人教版（2019）2021-2022学年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 D C D C D C B B B D
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BC BD BC AC AB
三、解答题
16．（1）见解析；（2）；；（3）；
17．(1)； (2)
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