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
文档属性
| 名称 | 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 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 807.1KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-04-15 12:58:14 | ||
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
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． 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
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． 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
5． 1932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，下列说法正确的是
A．离子从磁场中获得能量
B．电场的周期随粒子速度增大而增大
C．离子由加速器的中心附近进入加速器
D．当磁场和电场确定时，这台加速器仅能加速电量相同的离子
6． 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
7． 如图所示，水平放置的平行金属板a、b带有等量异种电荷，a板带正电，有垂直于纸面向里的匀强磁场，若一个带正电的液滴在两板间做直线运动，其运动的方向是（ ）
A．沿竖直方向向下 B．沿竖直方向向上
C．沿水平方向向左面 D．沿水平方向向右
8． 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
9． 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
10．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
二、多选题
11．1930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
12．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，它的构造原理图如图所示。粒子源S产生的各种不同正粒子束（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．若粒子束是同位素，则x越大对应的粒子质量越小
B．若粒子束是同位素，则x越大对应的粒子质量越大
C．只要x相同，对应的粒子质量一定相等
D．只要x相同，对应的粒子的比荷一定相等
13．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，则质子在回旋加速器中运行时间会变短
B．若只增大交流电压U，则质子获得的最大动能不变
C．若磁感应强度B增大，交流电频率f不需要增大也能正常工作
D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器能用于加速粒子
14．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其主体部分是两个D形金属盒．两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中，a、b分别与高频交流电源两极相连接，下列说法正确的是（ ）
A．离子从磁场中获得能量
B．带电粒子的运动周期是不变的
C．离子由加速器的中心附近进入加速器
D．增大金属盒的半径，粒子射出时的动能不变
15．如图甲所示，回旋加速器利用高频交流电源使粒子每隔一定的时间加速一次，经过多次加速粒子可以达到很大的速度。如图乙所示，在D形盒的圆心S处有一正离子源，它发出的正离子经盒缝电压加速后，进入D形盒中，在磁场力的作用下运动半周，再经盒缝电压加速，如此周而复始，最后到达D形盒的边缘，获得最大速度，由导出装置导出。已知正离子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R。每次加速的时间很短，可以忽略不计。若正离子从离子源出发时的初速度为零，则（ ）
A．正离子在磁场中运动的周期为
B．加速电场的周期在不断改变
C．正离子能够获得的最大动能为
D．整个过程中正离子被加速的次数为
三、解答题
16．一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量均为。质量不同的离子飘入电压为的加速电场，其初速度几乎为零，这些离子经过加速后通过狭缝沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为的匀强磁场，最后打在底片上，为放置底片的粒子检测区域，为的中点。已知，。（不计离子的重力）
（1）求所有离子经过加速电场后到达点的动能大小；
（2）求打在中点的离子质量；
（3）为使原本打在点的离子能打在区域，求加速电压的调节范围。
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 C B D C C D D A C
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 AD BD AB BC ACD
三、解答题
16．（1）；（2）；（3）
17．（1）（2）（3）
PAGE
第 1 页，共 1 页
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． 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
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． 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
5． 1932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，下列说法正确的是
A．离子从磁场中获得能量
B．电场的周期随粒子速度增大而增大
C．离子由加速器的中心附近进入加速器
D．当磁场和电场确定时，这台加速器仅能加速电量相同的离子
6． 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
7． 如图所示，水平放置的平行金属板a、b带有等量异种电荷，a板带正电，有垂直于纸面向里的匀强磁场，若一个带正电的液滴在两板间做直线运动，其运动的方向是（ ）
A．沿竖直方向向下 B．沿竖直方向向上
C．沿水平方向向左面 D．沿水平方向向右
8． 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
9． 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
10．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
二、多选题
11．1930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
12．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，它的构造原理图如图所示。粒子源S产生的各种不同正粒子束（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．若粒子束是同位素，则x越大对应的粒子质量越小
B．若粒子束是同位素，则x越大对应的粒子质量越大
C．只要x相同，对应的粒子质量一定相等
D．只要x相同，对应的粒子的比荷一定相等
13．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，则质子在回旋加速器中运行时间会变短
B．若只增大交流电压U，则质子获得的最大动能不变
C．若磁感应强度B增大，交流电频率f不需要增大也能正常工作
D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器能用于加速粒子
14．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其主体部分是两个D形金属盒．两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中，a、b分别与高频交流电源两极相连接，下列说法正确的是（ ）
A．离子从磁场中获得能量
B．带电粒子的运动周期是不变的
C．离子由加速器的中心附近进入加速器
D．增大金属盒的半径，粒子射出时的动能不变
15．如图甲所示，回旋加速器利用高频交流电源使粒子每隔一定的时间加速一次，经过多次加速粒子可以达到很大的速度。如图乙所示，在D形盒的圆心S处有一正离子源，它发出的正离子经盒缝电压加速后，进入D形盒中，在磁场力的作用下运动半周，再经盒缝电压加速，如此周而复始，最后到达D形盒的边缘，获得最大速度，由导出装置导出。已知正离子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R。每次加速的时间很短，可以忽略不计。若正离子从离子源出发时的初速度为零，则（ ）
A．正离子在磁场中运动的周期为
B．加速电场的周期在不断改变
C．正离子能够获得的最大动能为
D．整个过程中正离子被加速的次数为
三、解答题
16．一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量均为。质量不同的离子飘入电压为的加速电场，其初速度几乎为零，这些离子经过加速后通过狭缝沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为的匀强磁场，最后打在底片上，为放置底片的粒子检测区域，为的中点。已知，。（不计离子的重力）
（1）求所有离子经过加速电场后到达点的动能大小；
（2）求打在中点的离子质量；
（3）为使原本打在点的离子能打在区域，求加速电压的调节范围。
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 C B D C C D D A C
二、多选题
题号 11 12 13 14 15
答案 AD BD AB BC ACD
三、解答题
16．（1）；（2）；（3）
17．（1）（2）（3）
PAGE
第 1 页，共 1 页