《创新课堂》第一章 安培力与洛伦兹力 4.质谱仪与回旋加速器 课时跟踪检测（含答案）高中物理选择性必修第二册（人教版）
文档属性
| 名称 | 《创新课堂》第一章 安培力与洛伦兹力 4.质谱仪与回旋加速器 课时跟踪检测（含答案）高中物理选择性必修第二册（人教版） |
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| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 300.6KB | ||
| 资源类型 | 试卷 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2026-02-04 00:00:00 | ||
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文档简介
4.质谱仪与回旋加速器
知识点一 质谱仪
1.如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图，速度选择器中，电场强度E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，磁感应强度B2的方向垂直纸面向外，在S处有四个二价正离子甲、乙、丙、丁，均以垂直于电场强度E和磁感应强度B1的方向射入，若四个离子质量m甲＝m乙＜m丙＝m丁，速率v甲＜v乙＝v丙＜v丁，不计离子受到的重力，则运动到P1、P2、P3、P4四个位置的正离子分别为（ ）
A.甲、乙、丙、丁 B.甲、丁、乙、丙
C.丙、乙、丁、甲 D.甲、乙、丁、丙
2.〔多选〕（2025·四川德阳期末）如图是质谱仪的工作原理示意图。无初速度的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。关于质量为m、电荷量为q的粒子，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.要让粒子通过速度选择器进入质谱仪，加速电场两极板间电压为
C.粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，表明其比荷越大
D.粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，表明其比荷越小
3.（2025·山东潍坊期末）某种质谱仪的工作原理如图所示，氖的同位素Ne和Ne，以几乎为零的初速度从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，经过小孔S2、S3之间的真空区域后，经S3进入垂直于纸面的匀强磁场，最后分别打在照相底片D的x1、x2处。下列说法正确的是（ ）
A.匀强磁场方向垂直于纸面向里 BNe离开加速电场的速度比Ne小
CNe打在x1处 DNe在磁场中的运动时间比Ne长
知识点二 回旋加速器
4.（2025·广东广州期末）回旋加速器由两个铜质D形盒构成，盒间留有缝隙，加高频电源，中间形成交变的电场，D形盒装在真空容器里，整个装置放在与盒面垂直的匀强磁场中。若用回旋加速器加速质子，下列说法正确的是（ ）
A.质子动能增大是由于洛伦兹力做功
B.质子动能增大是由于静电力做功
C.质子速度增大，在D形盒内运动的周期变大
D.质子速度增大，在D形盒内运动的周期变小
5.如图所示为回旋加速器的原理示意图，两个半径为R的半圆形中空金属盒D1、D2置于真空中，两盒间留有一狭缝，在两盒的狭缝处加高频交变电压，两D形盒处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下穿过盒面的匀强磁场中，粒子源在A处产生质量为m、电荷量为q的粒子，粒子初速度视为零，在狭缝间被电场加速后在D形盒内做匀速圆周运动，最终从边缘的出口处射出。不考虑相对论效应，忽略粒子所受重力及在狭缝间运动的时间，则（ ）
A.粒子从磁场中获得能量
B.粒子在磁场中做圆周运动的角速度为
C.粒子所能获得的最大动能与加速电压的大小成正比
D.所加交变电压的周期是
6.我国自主研发的“230 MeV超导质子回旋加速器”在中国原子能科学研究院完成测试。回旋加速器的原理如图所示，D1和D2是两个半径为R的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，电压为U、周期为T的交变电压加在狭缝处。位于D1圆心处的质子源能不断地产生质子（初速度可以忽略），质子在两盒之间被电场加速，忽略质子在电场中运动的时间，不计质子的重力，不考虑加速过程中的相对论效应。则（ ）
A.交变电压的周期是质子做圆周运动周期的2倍
B.质子离开回旋加速器的最大动能随电压U增大而增大
C.质子在回旋加速器中加速的次数随电压U增大而减少
D.质子在回旋加速器中运动的时间随电压U增大而增大
7.〔多选〕如图所示为回旋加速器的原理示意图。其中D1和D2是两个中空的半径为R的半圆形金属盒，接在电压为U的加速电源上，位于D2圆心处的粒子源A能不断释放出一种带电粒子（初速度可以忽略，重力不计），粒子在两盒之间被电场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。已知粒子电荷量为q、质量为m，忽略粒子在电场中运动的时间，不考虑加速过程中引起的粒子质量变化，下列说法正确的是（ ）
A.加速电源可以用直流电源，也可以用任意频率的交流电源
B.加速电源可以用周期为T＝的交流电源
C.粒子第n次被加速前后轨道半径之比为∶
D.粒子在电场中加速的次数为
8.质谱仪可以测定有机化合物的分子结构，现有一种质谱仪的结构如图所示。有机物的气体分子从样品室注入离子化室，在高能电子作用下，样品气体分子离子化成离子。若离子化后的离子带正电，初速度为零，此后经过高压电源区、圆形磁场室（内为匀强磁场）、真空管，最后打在记录仪上，通过处理就可以得到离子比荷，进而推测有机物的分子结构。已知高压电源的电压为U，圆形磁场室的半径为R，真空管与水平面夹角为θ，离子进入磁场室时速度方向指向圆心，则下列说法正确的是（ ）
A.高压电源A端应接电源的正极
B.磁场室的磁场方向必须垂直纸面向里
C.若离子化后的两同位素X1、X2（X1质量大于X2质量）同时进入磁场室后，出现图中的轨迹Ⅰ和Ⅱ，则轨迹Ⅰ一定对应X1
D.若磁场室内的磁感应强度大小为B，当记录仪接收到一个明显的信号时，与该信号对应的离子比荷＝
9.1922年，英国科学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场。如图所示为质谱仪的原理图，设想有一个静止的带电粒子P（不计重力），经电压为U的加速电场加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到底片上的D点。设OD＝x，则在下列图像中能正确反映x2与U之间函数关系的是（ ）
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知识点一 质谱仪
1.如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图，速度选择器中，电场强度E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，磁感应强度B2的方向垂直纸面向外，在S处有四个二价正离子甲、乙、丙、丁，均以垂直于电场强度E和磁感应强度B1的方向射入，若四个离子质量m甲＝m乙＜m丙＝m丁，速率v甲＜v乙＝v丙＜v丁，不计离子受到的重力，则运动到P1、P2、P3、P4四个位置的正离子分别为（ ）
A.甲、乙、丙、丁 B.甲、丁、乙、丙
C.丙、乙、丁、甲 D.甲、乙、丁、丙
2.〔多选〕（2025·四川德阳期末）如图是质谱仪的工作原理示意图。无初速度的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。关于质量为m、电荷量为q的粒子，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.要让粒子通过速度选择器进入质谱仪，加速电场两极板间电压为
C.粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，表明其比荷越大
D.粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，表明其比荷越小
3.（2025·山东潍坊期末）某种质谱仪的工作原理如图所示，氖的同位素Ne和Ne，以几乎为零的初速度从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，经过小孔S2、S3之间的真空区域后，经S3进入垂直于纸面的匀强磁场，最后分别打在照相底片D的x1、x2处。下列说法正确的是（ ）
A.匀强磁场方向垂直于纸面向里 BNe离开加速电场的速度比Ne小
CNe打在x1处 DNe在磁场中的运动时间比Ne长
知识点二 回旋加速器
4.（2025·广东广州期末）回旋加速器由两个铜质D形盒构成，盒间留有缝隙，加高频电源，中间形成交变的电场，D形盒装在真空容器里，整个装置放在与盒面垂直的匀强磁场中。若用回旋加速器加速质子，下列说法正确的是（ ）
A.质子动能增大是由于洛伦兹力做功
B.质子动能增大是由于静电力做功
C.质子速度增大，在D形盒内运动的周期变大
D.质子速度增大，在D形盒内运动的周期变小
5.如图所示为回旋加速器的原理示意图，两个半径为R的半圆形中空金属盒D1、D2置于真空中，两盒间留有一狭缝，在两盒的狭缝处加高频交变电压，两D形盒处于磁感应强度大小为B、方向竖直向下穿过盒面的匀强磁场中，粒子源在A处产生质量为m、电荷量为q的粒子，粒子初速度视为零，在狭缝间被电场加速后在D形盒内做匀速圆周运动，最终从边缘的出口处射出。不考虑相对论效应，忽略粒子所受重力及在狭缝间运动的时间，则（ ）
A.粒子从磁场中获得能量
B.粒子在磁场中做圆周运动的角速度为
C.粒子所能获得的最大动能与加速电压的大小成正比
D.所加交变电压的周期是
6.我国自主研发的“230 MeV超导质子回旋加速器”在中国原子能科学研究院完成测试。回旋加速器的原理如图所示，D1和D2是两个半径为R的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中，电压为U、周期为T的交变电压加在狭缝处。位于D1圆心处的质子源能不断地产生质子（初速度可以忽略），质子在两盒之间被电场加速，忽略质子在电场中运动的时间，不计质子的重力，不考虑加速过程中的相对论效应。则（ ）
A.交变电压的周期是质子做圆周运动周期的2倍
B.质子离开回旋加速器的最大动能随电压U增大而增大
C.质子在回旋加速器中加速的次数随电压U增大而减少
D.质子在回旋加速器中运动的时间随电压U增大而增大
7.〔多选〕如图所示为回旋加速器的原理示意图。其中D1和D2是两个中空的半径为R的半圆形金属盒，接在电压为U的加速电源上，位于D2圆心处的粒子源A能不断释放出一种带电粒子（初速度可以忽略，重力不计），粒子在两盒之间被电场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。已知粒子电荷量为q、质量为m，忽略粒子在电场中运动的时间，不考虑加速过程中引起的粒子质量变化，下列说法正确的是（ ）
A.加速电源可以用直流电源，也可以用任意频率的交流电源
B.加速电源可以用周期为T＝的交流电源
C.粒子第n次被加速前后轨道半径之比为∶
D.粒子在电场中加速的次数为
8.质谱仪可以测定有机化合物的分子结构，现有一种质谱仪的结构如图所示。有机物的气体分子从样品室注入离子化室，在高能电子作用下，样品气体分子离子化成离子。若离子化后的离子带正电，初速度为零，此后经过高压电源区、圆形磁场室（内为匀强磁场）、真空管，最后打在记录仪上，通过处理就可以得到离子比荷，进而推测有机物的分子结构。已知高压电源的电压为U，圆形磁场室的半径为R，真空管与水平面夹角为θ，离子进入磁场室时速度方向指向圆心，则下列说法正确的是（ ）
A.高压电源A端应接电源的正极
B.磁场室的磁场方向必须垂直纸面向里
C.若离子化后的两同位素X1、X2（X1质量大于X2质量）同时进入磁场室后，出现图中的轨迹Ⅰ和Ⅱ，则轨迹Ⅰ一定对应X1
D.若磁场室内的磁感应强度大小为B，当记录仪接收到一个明显的信号时，与该信号对应的离子比荷＝
9.1922年，英国科学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场。如图所示为质谱仪的原理图，设想有一个静止的带电粒子P（不计重力），经电压为U的加速电场加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到底片上的D点。设OD＝x，则在下列图像中能正确反映x2与U之间函数关系的是（ ）
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