1.4 质谱仪与回旋加速器 （Word版含答案）
文档属性
| 名称 | 1.4 质谱仪与回旋加速器 （Word版含答案） |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 571.3KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-04-23 09:42:21 | ||
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文档简介
质谱仪与回旋加速器
1．在如图所示的平行板器件中，匀强电场E和匀强磁场B互相垂直。一束初速度为false的带电粒子从左侧垂直电场射入后沿图中直线②从右侧射出。粒子重力不计，下列说法正确的是（ ）
3032125267970
A．若粒子沿轨迹①出射，则粒子的初速度一定大于false
B．若粒子沿轨迹①出射，则粒子的动能一定增大
C．若粒子沿轨迹③出射，则粒子的动能一定增大
D．若粒子沿轨迹③出射，则粒子的电势能可能增大
2．如图所示，下列说法正确的是（ ）
315912596520A．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
383413011322053．如图所示为“用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的方向竖直向下，磁感应强度B的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B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，若它们的质量关系满足false A．甲、丁、乙、丙 B．乙、甲、丙、丁
C．丙、丁、乙、甲 D．丁、甲、丙、乙
4．如图所示回旋加速器，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， 若忽略质子在电场中的加速时间，则下列说法正确的是（ ）
3857625158750A．质子在匀强磁场每运动一周被加速一次
B．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关
C．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR
D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子
5．如图甲是回旋加速器的工作原理图．若带电粒子在磁场中运动的动能false随时间t的变化规律如图乙所示，不计带电粒子在电场中的加速时间，不考虑因相对论效应带来的影响，下列说法中正确的是
271145096520
A．在乙图中，false
B．在乙图中，false
C．高频电源的变化周期等于false
D．若只增大两D形盒之间的加速电压U，同种粒子获得的最大动能将不变
6．如图所示为某回旋加速器示意图，利用回旋加速器对false粒子进行加速，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压为U。忽略相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间，下列说法中正确的是（ ）
3548380103505A．粒子从磁场中获得能量
B．保持B、U和T不变，该回旋加速器可以加速质子
C．只增大加速电压false粒子在回旋加速器中运动的时间变短
D．只增大加速电压false粒子获得的最大动能增大
7．如图所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．现分别加速氘核(false)和氦核(false)，下列说法中正确的是 ( )
318325584455A．它们的最大速度相同
B．它们的最大动能相同
C．它们在D形盒内运动的周期不同
D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能
8．（多选）下列说法正确的是（ ）
A．如图甲所示，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U
B．如图乙所示，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．如图丙所示，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Eq＝qvB，即false
D．如图丁所示，是磁电式电流表内部结构示意图，线圈在极靴产生的匀强磁场中转动
9．（多选）如图所示,a、b、c、d四种离子,它们带等量同种电荷,质量为Ma=Mb＜Mc=Md,以不等的速率Va＜Vb=Vc＜Vd进入速度选择器后,有两种离子从选择器中射出,进入磁感应强度为B2的磁场.由此可以判断(不计离子重力) ( )
388937586995A．四种离子带正电，射向D1的是a离子
B．四种离子带负电，射向D1的是c离子
C．四种离子带正电，射向D2的是d离子
D．四种离子带负电，射向D2的是b离子
10．（多选）如图是质谱仪的原理图，若速度相同的同一束粒子沿极板P1、P2的轴线射入电磁场区域，由小孔S0射入右边的偏转磁场B2中，运动轨迹如图所示，不计粒子重力。下列相关说法中正确的是（ ）
365950541910A．该束带电粒子带正电
B．速度选择器的P1极板带负电
C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大
D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷false越小
11．（多选）劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示。置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U。若A处粒子源产生的质子质量为m、电荷量为+q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。则下列说法正确的是（ ）
350837530480A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πRf
B．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比
C．质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为false：1
D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器的最大动能不变
12．（多选）在回旋加速器中（ ）
A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋
B．电场和磁场同时用来加速带电粒子
C．在交流电压一定的条件下，回旋加速器的半径越大，则带电粒子获得的动能越大
D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无关
13．（多选）如图所示，图甲为磁流体发电机原理示意图，图乙为质谱仪原理图，图丙和图丁分别为多级直线加速器和回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间，下列说法错误的是（ ）
A．图甲中，将一束等离子体喷入磁场，A、B板间产生电势差，A板电势高
B．图乙中，false、false、false三种粒子经加速电场射入磁场，false在磁场中的偏转半径最大
C．图丙中，加速电压越大，粒子获得的能量越高，比回旋加速器更有优势
395795533655D．图丁中，随着粒子速度的增大，交变电流的频率也应该增大
14．（多选）如图所示为一种获得高能粒子的装置，由光滑绝缘材料围成的环形区域内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的均匀磁场（环形区域的宽度非常小）．质量为m、电荷量为+q的粒子可在环中做半径为R的圆周运动．A、B为两块中心开有小孔的距离很近的极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过A板准备进入AB之间时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速．每当粒子离开B板时，A板电势又降为零．粒子在电场中一次次加速下动能不断增大，而在环形磁场中绕行半径R不变．（设极板间距远小于R）下列说法正确的是（ ）
4826635240030A．粒子从A板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行N圈后回到A板时获得的总动能为NqU
B．粒子在绕行的整个过程中，每一圈的运动时间为
C．粒子获得的最大速度与加速次数无关，由R决定．
D．粒子绕行第N圈时所受向心力为
15．（多选）如图甲所示是处在匀强磁场中的真空室内的两个半圆形的金属扁盒(“D”型盒)，若“D”型盒的半径为R，匀强磁场的磁感应强度大小为B，现在两“D”型盒间接入峰值为U0的交变电压，电压随时间的变化规律如图乙所示，将粒子源置于D1盒的圆心处，粒子源产生的质量为m、电荷量为q的氘核在t＝0时刻进入“D”型盒的间隙，已知氘核的初速度不计，氘核穿过电场的时间忽略不计，不考虑相对论效应和重力作用，下列说法正确的是（ ）
A．氘核离开回旋加速器的最大动能为false
B．交变电压的周期可以取false
C．在D2盒中第n个半圆轨迹的半径为false
D．若U0变为原来的2倍，粒子在D型盒运动时间变为原来的false
16．如图所示，虚线O1O2是速度选择器的中线，其间匀强磁场的磁感应强度为B1，匀强电场的场强为E（电场线没有画出）。照相底片与虚线O1O2垂直，其右侧偏转磁场的磁感应强度为B2。现有一个离子沿着虚线O1O2向右做匀速运动，穿过照相底片的小孔后在偏转磁场中做半径为R的匀速圆周运动，最后垂直打在照相底片上（不计离子所受重力）。
(1)求该离子沿虚线运动的速度大小v；
(2)求该离子的比荷false；
(3)如果带电量都为q的两种同位素离子，沿着虚线O1O2射入速度选择器，它们在照相底片的落点间距大小为d，求这两种同位素离子的质量差△m。
17．某回旋加速器的两个半圆金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，两金属盒间存在交变电场，用其加速质子。已知金属盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，金属盒间缝隙的加速电压为U，质子的质量为m，电荷量为q。求
（1）交变电场的频率f；
（2）质子加速完毕出射时的动能Ek；
（3）质子在回旋加速器中运动的圈数n。
参考答案
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
D
B
A
C
D
C
A
BC
BD
AD
ACD
AC
ACD
AD
AC
16．(1)false；(2)false；(3)false
17．(1)false
(2)false
(3)false
1．在如图所示的平行板器件中，匀强电场E和匀强磁场B互相垂直。一束初速度为false的带电粒子从左侧垂直电场射入后沿图中直线②从右侧射出。粒子重力不计，下列说法正确的是（ ）
3032125267970
A．若粒子沿轨迹①出射，则粒子的初速度一定大于false
B．若粒子沿轨迹①出射，则粒子的动能一定增大
C．若粒子沿轨迹③出射，则粒子的动能一定增大
D．若粒子沿轨迹③出射，则粒子的电势能可能增大
2．如图所示，下列说法正确的是（ ）
315912596520A．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
383413011322053．如图所示为“用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的方向竖直向下，磁感应强度B的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B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，若它们的质量关系满足false
C．丙、丁、乙、甲 D．丁、甲、丙、乙
4．如图所示回旋加速器，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， 若忽略质子在电场中的加速时间，则下列说法正确的是（ ）
3857625158750A．质子在匀强磁场每运动一周被加速一次
B．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关
C．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR
D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子
5．如图甲是回旋加速器的工作原理图．若带电粒子在磁场中运动的动能false随时间t的变化规律如图乙所示，不计带电粒子在电场中的加速时间，不考虑因相对论效应带来的影响，下列说法中正确的是
271145096520
A．在乙图中，false
B．在乙图中，false
C．高频电源的变化周期等于false
D．若只增大两D形盒之间的加速电压U，同种粒子获得的最大动能将不变
6．如图所示为某回旋加速器示意图，利用回旋加速器对false粒子进行加速，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压为U。忽略相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间，下列说法中正确的是（ ）
3548380103505A．粒子从磁场中获得能量
B．保持B、U和T不变，该回旋加速器可以加速质子
C．只增大加速电压false粒子在回旋加速器中运动的时间变短
D．只增大加速电压false粒子获得的最大动能增大
7．如图所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．现分别加速氘核(false)和氦核(false)，下列说法中正确的是 ( )
318325584455A．它们的最大速度相同
B．它们的最大动能相同
C．它们在D形盒内运动的周期不同
D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能
8．（多选）下列说法正确的是（ ）
A．如图甲所示，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U
B．如图乙所示，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．如图丙所示，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Eq＝qvB，即false
D．如图丁所示，是磁电式电流表内部结构示意图，线圈在极靴产生的匀强磁场中转动
9．（多选）如图所示,a、b、c、d四种离子,它们带等量同种电荷,质量为Ma=Mb＜Mc=Md,以不等的速率Va＜Vb=Vc＜Vd进入速度选择器后,有两种离子从选择器中射出,进入磁感应强度为B2的磁场.由此可以判断(不计离子重力) ( )
388937586995A．四种离子带正电，射向D1的是a离子
B．四种离子带负电，射向D1的是c离子
C．四种离子带正电，射向D2的是d离子
D．四种离子带负电，射向D2的是b离子
10．（多选）如图是质谱仪的原理图，若速度相同的同一束粒子沿极板P1、P2的轴线射入电磁场区域，由小孔S0射入右边的偏转磁场B2中，运动轨迹如图所示，不计粒子重力。下列相关说法中正确的是（ ）
365950541910A．该束带电粒子带正电
B．速度选择器的P1极板带负电
C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大
D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷false越小
11．（多选）劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示。置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U。若A处粒子源产生的质子质量为m、电荷量为+q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。则下列说法正确的是（ ）
350837530480A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πRf
B．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比
C．质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为false：1
D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器的最大动能不变
12．（多选）在回旋加速器中（ ）
A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋
B．电场和磁场同时用来加速带电粒子
C．在交流电压一定的条件下，回旋加速器的半径越大，则带电粒子获得的动能越大
D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无关
13．（多选）如图所示，图甲为磁流体发电机原理示意图，图乙为质谱仪原理图，图丙和图丁分别为多级直线加速器和回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间，下列说法错误的是（ ）
A．图甲中，将一束等离子体喷入磁场，A、B板间产生电势差，A板电势高
B．图乙中，false、false、false三种粒子经加速电场射入磁场，false在磁场中的偏转半径最大
C．图丙中，加速电压越大，粒子获得的能量越高，比回旋加速器更有优势
395795533655D．图丁中，随着粒子速度的增大，交变电流的频率也应该增大
14．（多选）如图所示为一种获得高能粒子的装置，由光滑绝缘材料围成的环形区域内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的均匀磁场（环形区域的宽度非常小）．质量为m、电荷量为+q的粒子可在环中做半径为R的圆周运动．A、B为两块中心开有小孔的距离很近的极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过A板准备进入AB之间时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速．每当粒子离开B板时，A板电势又降为零．粒子在电场中一次次加速下动能不断增大，而在环形磁场中绕行半径R不变．（设极板间距远小于R）下列说法正确的是（ ）
4826635240030A．粒子从A板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行N圈后回到A板时获得的总动能为NqU
B．粒子在绕行的整个过程中，每一圈的运动时间为
C．粒子获得的最大速度与加速次数无关，由R决定．
D．粒子绕行第N圈时所受向心力为
15．（多选）如图甲所示是处在匀强磁场中的真空室内的两个半圆形的金属扁盒(“D”型盒)，若“D”型盒的半径为R，匀强磁场的磁感应强度大小为B，现在两“D”型盒间接入峰值为U0的交变电压，电压随时间的变化规律如图乙所示，将粒子源置于D1盒的圆心处，粒子源产生的质量为m、电荷量为q的氘核在t＝0时刻进入“D”型盒的间隙，已知氘核的初速度不计，氘核穿过电场的时间忽略不计，不考虑相对论效应和重力作用，下列说法正确的是（ ）
A．氘核离开回旋加速器的最大动能为false
B．交变电压的周期可以取false
C．在D2盒中第n个半圆轨迹的半径为false
D．若U0变为原来的2倍，粒子在D型盒运动时间变为原来的false
16．如图所示，虚线O1O2是速度选择器的中线，其间匀强磁场的磁感应强度为B1，匀强电场的场强为E（电场线没有画出）。照相底片与虚线O1O2垂直，其右侧偏转磁场的磁感应强度为B2。现有一个离子沿着虚线O1O2向右做匀速运动，穿过照相底片的小孔后在偏转磁场中做半径为R的匀速圆周运动，最后垂直打在照相底片上（不计离子所受重力）。
(1)求该离子沿虚线运动的速度大小v；
(2)求该离子的比荷false；
(3)如果带电量都为q的两种同位素离子，沿着虚线O1O2射入速度选择器，它们在照相底片的落点间距大小为d，求这两种同位素离子的质量差△m。
17．某回旋加速器的两个半圆金属盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，两金属盒间存在交变电场，用其加速质子。已知金属盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，金属盒间缝隙的加速电压为U，质子的质量为m，电荷量为q。求
（1）交变电场的频率f；
（2）质子加速完毕出射时的动能Ek；
（3）质子在回旋加速器中运动的圈数n。
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