高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理试题

如图所示为质谱仪的原理图，A为粒子加速器，电压为U₁；B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B₁，板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为B₂。今有一质量为m、电量为q的正离子经加速后，恰好通过速度选择器，进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动，不计重力。求：
⑴ 粒子的速度v；
⑵ ⑵速度选择器的电压U₂；
⑶ ⑶粒子在B₂磁场中做匀速圆周运动的半径R。

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，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速，如图所示．现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是(      )

A．减小磁场的磁感应强度

B．减小狭缝间的距离

C．增大高频交流电压

D．增大金属盒的半径

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图，这台加速器由两个铜质D形合D₁、D₂构成，其间留有空隙，下列说法正确的是

A．离子由加速器的中心附近进入加速器

B．离子由加速器的边缘进入加速器

C．离子从磁场中获得能量

D．离子从电场中获得能量

如图所示为质谱仪的工作原理示意图，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。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内

B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B

D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小

环型对撞机是研究高能粒子的重要装置，其核心部件是一个高真空的圆环状空腔。若带电粒子初速度为零，经电压为U的电场加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的环状空腔内，腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B。带电粒子将被局限在圆环状腔内运动。要维持带电粒子在圆环内做半径确定的圆周运动，下列说法正确的是

A．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度B越大

B．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度B越小

C．对于给定的带电粒子，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变

D．对于给定的带电粒子，加速电压U越大，粒子运动的周期越小

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如下图所示．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．离子由加速器的中心附近进入加速器

B．离子由加速器的边缘进入加速器

C．离子从磁场中获得能量

D．离子从电场中获得能量

如图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（）和氦核（）。下列说法中正确的是(   )

A．它们的最大速度相同

B．它们的最大动能相同

C．它们在D形盒中运动的周期相同

D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能

1930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形合D₁、D₂构成，其间留有空隙，下列说法不正确的是（ ）

A．离子由加速器的中心附近进入加速器

B．离子获得的最大动能与加速电压无关

C．离子从磁场中获得能量

D．离子从电场中获得能量

质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S₁的距离为x，则下列判断正确的是   （      ）

A．若离子束是同位素（质子数相同质量数不同），x越大，离子质量越小

B．若离子的荷质比q/m相同，如果加速电压越大，则x越小

C．只要x相同，则离子质量一定相同

D．只要x相同，则离子的荷质比一定相同

质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具,如图为质谱仪原理示意图．现利用这种质谱议对氢元素进行测量．氢元素的各种同位素从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场,加速后垂直进入磁感强度为B的匀强磁场中．氢的三种同位素氕、氘、氚的电量之比为1：1：1，质量之比为1：2：3，它们最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”． 关于三种同位素进入磁场时速度的排列顺序和a、b、c三条“质谱线” 的排列顺序，下列判断正确的是           。

A．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氚、氘、氕

B．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氘、氚、氕

C．a、b、c三条质谱线依次排列的顺序是氘、氚、氕

D．a、b、c三条质谱线依次排列的顺序是氚、氘、氕

关于回旋加速器，下列说法正确的是（  ）

A．离子从磁场中获得能量

B．离子由加速器的中心附近进入加速器

C．增大加速器的加速电压，则粒子离开加速器时的动能将变大

D．将D形盒的半径加倍，离子获得的动能将增加为4倍

如图有a、b、c、d四个离子，它们带等量同种电荷，质量不等有m_a=m_b＜m_c=m_d，以不等的速率v_a＜v_b=v_c＜v_d进入速度选择器后,有两种离子从速度选择器中射出进入B₂磁场.由此可判定（    ）

A．射向P1板的是a离子

B．射向P2板的是b离子

C．射向A1的是c离子

D．射向A2的是d离子

关于回旋加速器加速带电粒子所获的能量（   ）

A．与加速器的半径有关, 半径越大, 能量越大

B．与加速器的磁场有关, 磁场越强, 能量越大

C．与加速器的电场有关, 电场越强, 能量越大

D．与带电粒子的质量和电量均有关, 质量和电量越大, 能量越大

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，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速.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反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出.如果用同一回旋加速器分别加速氚核（）和α粒子（）比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，有 （       ）

A．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大

B．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小

C．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小

D．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大

关于回旋加速器的下列说法，其中正确的有                                                             （    ）

A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子旋转

B．电场和磁场同时用来加速带电粒子

C．在确定的交流电源下，回旋加速器的半径越大，同一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源的电压大小有关，而与交流电源的频率无关