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 | docx | ||
| 文件大小 | 790.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-03-30 06:10:46 | ||
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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
节节练习
一、单选题
1． 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
2． 在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直，两平行板水平放置．具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同．这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器．现有一束带电粒子以速度v0从左端水平射入，不计粒子重力．下列判断正确的是
A．若粒子带正电且速度，则粒子将沿图中虚线方向通过速度选择器
B．若粒子带负电且速度，则粒子将偏离虚线方向向上做曲线运动
C．若粒子带正电且速度，则粒子将偏离虚线方向向上做曲线运动
D．若粒子带负电且速度，则粒子将偏离虚线方向向上做曲线运动
3． 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
4． 如图，一束正离子平行纸面、从两极板中央平行极板射入正交的匀强磁场和匀强电场区域里，离子束保持原运动方向未发生偏转，接着进入另一匀强磁场B2，发现这些离于分成几束，不计离子间的相互作用，可以判断这几束粒子（ ）
A．质量一定不同 B．速率一定不同
C．动能一定不同 D．比荷一定不同
5． 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
6． 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
7． 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
8． 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
9． 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
10．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变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,磁场方向如图所示．若用此回旋加速器加速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交变电流频率为f．则下列说法正确的是( )
A．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关
B．高频电源只能使用方形交变电源,不能使用正弦式交变电源
C．不改变B和f,该回旋加速器也能用于加速氦核
D．若此加速器能把质子加速到最大速度为v，当外加磁场一定，把高频交变电源频率改为f/2，则可把氦核加速到最大速度为v/2
二、多选题
11．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
12．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
13．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
14．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
15．一质谱仪的原理如图，粒子源产生的带电粒子(不计重力)经狭缝S1与S2之间的电场加速后进入速度选择器做直线运动，从小孔S3穿出再经磁场偏转最后打在照相底片上．已知磁场B1、B2的方向均垂直纸面向外．则
A．图中P1可能为电源负极
B．图中所示虚线可能为α粒子的轨迹
C．在速度选择器中粒子可以做加速运动
D．打在底片上的位置越靠近S3，粒子的荷质比越大
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，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．
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 A D D D B B C B D
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 AC BC AC BC BD
三、解答题
16．（1）见解析；（2）；；（3）；
17．（1）（2）（3）
节节练习
一、单选题
1． 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
2． 在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直，两平行板水平放置．具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同．这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器．现有一束带电粒子以速度v0从左端水平射入，不计粒子重力．下列判断正确的是
A．若粒子带正电且速度，则粒子将沿图中虚线方向通过速度选择器
B．若粒子带负电且速度，则粒子将偏离虚线方向向上做曲线运动
C．若粒子带正电且速度，则粒子将偏离虚线方向向上做曲线运动
D．若粒子带负电且速度，则粒子将偏离虚线方向向上做曲线运动
3． 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
4． 如图，一束正离子平行纸面、从两极板中央平行极板射入正交的匀强磁场和匀强电场区域里，离子束保持原运动方向未发生偏转，接着进入另一匀强磁场B2，发现这些离于分成几束，不计离子间的相互作用，可以判断这几束粒子（ ）
A．质量一定不同 B．速率一定不同
C．动能一定不同 D．比荷一定不同
5． 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
6． 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
7． 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
8． 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
9． 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
10．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变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,磁场方向如图所示．若用此回旋加速器加速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交变电流频率为f．则下列说法正确的是( )
A．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关
B．高频电源只能使用方形交变电源,不能使用正弦式交变电源
C．不改变B和f,该回旋加速器也能用于加速氦核
D．若此加速器能把质子加速到最大速度为v，当外加磁场一定，把高频交变电源频率改为f/2，则可把氦核加速到最大速度为v/2
二、多选题
11．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
12．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
13．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
14．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
15．一质谱仪的原理如图，粒子源产生的带电粒子(不计重力)经狭缝S1与S2之间的电场加速后进入速度选择器做直线运动，从小孔S3穿出再经磁场偏转最后打在照相底片上．已知磁场B1、B2的方向均垂直纸面向外．则
A．图中P1可能为电源负极
B．图中所示虚线可能为α粒子的轨迹
C．在速度选择器中粒子可以做加速运动
D．打在底片上的位置越靠近S3，粒子的荷质比越大
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，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．
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 A D D D B B C B D
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 AC BC AC BC BD
三、解答题
16．（1）见解析；（2）；；（3）；
17．（1）（2）（3）