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 | 1.7MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-01 16:24:55 | ||
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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
过 关 演 练
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． 回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，a、b接在电压为U、周期为T的交流电源上．两盒间的窄缝中形成匀强电场，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面．带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出．设D形盒的半径为R，现将垂直于金属D形盒的磁场感应强度调节为B．，刚好可以对氚核()进行加速，氚核所能获得的能量为，以后保持交流电源的周期T不变．(已知氚核和α粒子质量比为3：4，电荷量之比为1：2)则：
A．若只增大交变电压U，则氚核在回旋加速器中运行时间不会发生变化
B．若用该装置加速α粒子，应将磁场的磁感应强度大小调整为
C．将磁感应强度调整后对α粒子进行加速，a粒子在加速器中获得的能量等于氚核的能量
D．将磁感应强度调整后对α粒子进行加速，粒子在加速器中加速的次数小于氚核的次数
3． 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．
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． 如图所示，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，增加电压U即可
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（不计重力且只受电场和磁场的作用）能够从右向左沿直线匀速通过速度选择器
D．图丁是质谱仪的工作原理示意图，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S3，粒子的比荷越小
6． 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
7． 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
8． 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
9． 图甲是回旋加速器的示意图，粒子出口处如图所示．图乙是回旋加速器所用的交变电压随时间的变化规律。某物理学习小组在学习了回旋加速器原理之后，想利用同一回旋加速器分别加速两种带正电的粒子，所带电荷量分别为q1、q2，质量分别为m1、m2。保持交变电压随时间变化的规律不变，需要调整所加磁场的磁感应强度的大小，则（ ）
A．所加磁场的磁感应强度大小之比为
B．粒子获得的最大动能之比为
C．粒子的加速次数之比为
D．粒子在回旋加速器中的运动时间之比为
10．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
二、多选题
11．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
12．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
13．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其核心部分如图所示．匀强磁场垂直D 形盒底面，两盒分别与交流电源相连．则下列说法中正确的是（ ）
A．加速器的半径越大，粒子射出时获得的动能越大
B．粒子获得的最大动能由交变电源的电压决定
C．加速器中的电场和磁场都可以使带电粒子加速
D．粒子在磁场中运动的周期与交变电压的周期同步
14．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
15．某种质谱仪的工作原理示意图如图所示，此质谱仪由以下几部分构成：粒子源S；M、N为加速电场；速度选择器P、Q，其间是正交的匀强磁场和匀强电场，强度分别为B1和E，磁场方向垂直于纸面向里；磁感应强度为B2、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场；核乳胶片．由粒子源发出的初速度不计的不同带电粒子α粒子、β粒子、质子、正电子、氘核和氚核中的几种，经加速电场加速（不同粒子经过加速电场时，其电场强度不一样），经过速度选择器，进入有界匀强磁场B2，最终打在核乳胶片上，形成a、b、c三条质谱线．则粒子源发出的粒子可能有（ ）
A．α粒子、β粒子、质子 B．α粒子、质子、氘核和氚核
C．α粒子、质子、氘核 D．α粒子、正电子、质子和氚核
三、解答题
16．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．
17．如图所示，真空中有一以点为圆心的圆形匀强磁场区域，半径为=0.5，磁场垂直纸面向里．在区域存在沿方向的匀强电场，电场强度为．在点有一带正电的粒子以速率沿方向射入磁场，粒子穿出磁场进入电场，速度减小到0后又返回磁场，最终又从磁场离开．已知粒子的比荷，粒子重力不计．
（1）求圆形磁场区域磁感应强度的大小；
（2）求沿方向射入磁场的粒子，从进入磁场到再次穿出磁场所走过的路程．
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 C B B B C A C C
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BC AC AD CD BD
三、解答题
16．（1）（2）（3）
17．（1）（2）
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过 关 演 练
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． 回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，a、b接在电压为U、周期为T的交流电源上．两盒间的窄缝中形成匀强电场，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面．带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出．设D形盒的半径为R，现将垂直于金属D形盒的磁场感应强度调节为B．，刚好可以对氚核()进行加速，氚核所能获得的能量为，以后保持交流电源的周期T不变．(已知氚核和α粒子质量比为3：4，电荷量之比为1：2)则：
A．若只增大交变电压U，则氚核在回旋加速器中运行时间不会发生变化
B．若用该装置加速α粒子，应将磁场的磁感应强度大小调整为
C．将磁感应强度调整后对α粒子进行加速，a粒子在加速器中获得的能量等于氚核的能量
D．将磁感应强度调整后对α粒子进行加速，粒子在加速器中加速的次数小于氚核的次数
3． 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．
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． 如图所示，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，增加电压U即可
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（不计重力且只受电场和磁场的作用）能够从右向左沿直线匀速通过速度选择器
D．图丁是质谱仪的工作原理示意图，粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S3，粒子的比荷越小
6． 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
7． 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
8． 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
9． 图甲是回旋加速器的示意图，粒子出口处如图所示．图乙是回旋加速器所用的交变电压随时间的变化规律。某物理学习小组在学习了回旋加速器原理之后，想利用同一回旋加速器分别加速两种带正电的粒子，所带电荷量分别为q1、q2，质量分别为m1、m2。保持交变电压随时间变化的规律不变，需要调整所加磁场的磁感应强度的大小，则（ ）
A．所加磁场的磁感应强度大小之比为
B．粒子获得的最大动能之比为
C．粒子的加速次数之比为
D．粒子在回旋加速器中的运动时间之比为
10．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
二、多选题
11．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
12．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
13．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其核心部分如图所示．匀强磁场垂直D 形盒底面，两盒分别与交流电源相连．则下列说法中正确的是（ ）
A．加速器的半径越大，粒子射出时获得的动能越大
B．粒子获得的最大动能由交变电源的电压决定
C．加速器中的电场和磁场都可以使带电粒子加速
D．粒子在磁场中运动的周期与交变电压的周期同步
14．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
15．某种质谱仪的工作原理示意图如图所示，此质谱仪由以下几部分构成：粒子源S；M、N为加速电场；速度选择器P、Q，其间是正交的匀强磁场和匀强电场，强度分别为B1和E，磁场方向垂直于纸面向里；磁感应强度为B2、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场；核乳胶片．由粒子源发出的初速度不计的不同带电粒子α粒子、β粒子、质子、正电子、氘核和氚核中的几种，经加速电场加速（不同粒子经过加速电场时，其电场强度不一样），经过速度选择器，进入有界匀强磁场B2，最终打在核乳胶片上，形成a、b、c三条质谱线．则粒子源发出的粒子可能有（ ）
A．α粒子、β粒子、质子 B．α粒子、质子、氘核和氚核
C．α粒子、质子、氘核 D．α粒子、正电子、质子和氚核
三、解答题
16．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．
17．如图所示，真空中有一以点为圆心的圆形匀强磁场区域，半径为=0.5，磁场垂直纸面向里．在区域存在沿方向的匀强电场，电场强度为．在点有一带正电的粒子以速率沿方向射入磁场，粒子穿出磁场进入电场，速度减小到0后又返回磁场，最终又从磁场离开．已知粒子的比荷，粒子重力不计．
（1）求圆形磁场区域磁感应强度的大小；
（2）求沿方向射入磁场的粒子，从进入磁场到再次穿出磁场所走过的路程．
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 C B B B C A C C
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 BC AC AD CD BD
三、解答题
16．（1）（2）（3）
17．（1）（2）
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