高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理试题

1922年英国物理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。若一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是：、

A．该束带电粒子带负电

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q/m越小

如图甲所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。带电粒子在磁场中运动的动能E_k随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断中正确的是(  )

A．在Ek－t图中应有t4－t3＝t3－t2＝t2－t1[

B．高频电源的变化周期应该等于tn－tn－1

C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大

D．当B一定时，要想粒子获得的最大动能越大，则要求D形盒的面积也越大

一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示，D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两盒分别与交流电源相连．下列说法正确的是：

A．质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大
B．质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大
C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值
D．为了使质子每次经过D形盒间缝隙时都能得到加速，应使交变电压的周期等于质子的回旋周期

如图所示为质谱仪的原理图．利用这种质谱仪可以对氢元素进行测量．氢元素的各种同位素，从容器A下方的小孔S₁进入加速电压为U的加速电场，可以认为从容器出来的粒子初速度为零．粒子被加速后从小孔S₂进入磁感应强度为B的匀强磁场，最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条质谱线．关于氢的三种同位素进入磁场时速率的排列顺序和三条谱线的排列顺序，下列说法中正确的是：

A．进磁场时速率从大到小的排列顺序是氕、氘、氚

B．进磁场时速率从大到小的排列顺序是氚、氘、氕

C．a、b、c三条谱线的排列顺序是氕、氘、氚

D．a、b、c三条谱线的排列顺序是氘、氚、氕

回旋加速器是获得高能带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源的两极相连的两个D形盒，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，关于回旋加速器的下列说法正确的是[       ]

A．狭缝间的电场对粒子起加速作用，因此加速电压越大，带电粒子从D形盒射出时的动能越大

B．磁场对带电粒子的洛仑兹力对粒子不做功，因此带电粒子从D形盒射出时的动能与磁场的强弱无关

C．带电粒子做一次圆周运动，要被加速两次，因此交变电场的周期应为圆周运动周期的二倍

D．用同一回旋加速器分别加速不同的带电粒子，一般要调节交变电场的频率

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，它的构造原理如图示．离子源S产生的各种不同正离子束（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．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越小

B．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越大

C．只要x相同，对应的离子质量一定相同

D．只要x相同，对应的离子的比荷一定相等

两个相同的回旋加速器，分别接在加速电压U₁和U₂的高频电源上，且 U₁>U₂，有两个相同的带电粒子分别在这两个加速器中运动,设两个粒子在加速器中运动的时间分别为t₁和t₂，获得的最大动能分别为E_k1和E_k2，则（   ）

A．t1<t2 ,Ek1 >Ek2

B．t1=t2 , Ek1<Ek2

C．t1> t2 ,Ek1=Ek2

D．t1<t2 ,Ek1=Ek2

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

下面说法正确的是（   ）

A．人在沿直线匀速前进的车厢内，竖直向上跳起后，将落在起跳点的后方

B．楞次总结出了通电导线在磁场中受力方向的判定法则

C．回旋加速器利用了电磁感应原理

D．做曲线运动的物体其所受到的合外力方向与加速度方向一定在同一直线上

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极相连接的两个D形属盒，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形金属盒处于垂直盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的速度，则下列做法中正确的是

A．增大交流电的频率

B．增大加速电场的电场强度

C．增大D形金属盒的半径

D．增大匀强磁场的磁感应强度

如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m，电量为q的质子，质子每次经过电场区时，都恰好在电压为U时并被加速，且电场可视为匀强电场，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出。下列说法正确的是

A．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高,质子的能量E将越大

B．磁感应强度B不变，若加速电压U不变, D形盒半径R越大、质子的能量E将越大

C．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高,质子的在加速器中的运动时间将越长

D．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高,质子的在加速器中的运动时间将越短

有关电场和磁场的下列叙述，正确的是（ ）

A．磁感线越密的地方磁感应强度越大，磁通量也越大

B．沿着电场线的方向，电场强度越来越小

C．安培力的方向一定不与磁场方向垂直

D．回旋加速器中，电场力使带电粒子的速度增大

一个回旋加速器，保持外加磁场的磁感应强度不变，对质子（）加速时，可把质子的速度加到最大为，所用电场频率为；对α粒子（）加速时，可把α粒子的速度加速到最大为，所用电场频率为，在不考虑相对论效应的情况下有

A．	B．
C．	D．

关于物理原理在技术上的应用，下列说法中正确的是（　　）

A．利用回旋加速器加速粒子时，通过增大半径，可以使粒子的速度超过光速

B．激光全息照相是利用了激光相干性好的特性

C．用双缝干涉测光波的波长时，若减小双缝间的距离，则同种光波的相邻明条纹间距将减小

D．摄影机镜头镀膜增透是利用了光的衍射特性

某一回旋加速器，两半圆形金属盒的半径为R，它们之间的电压为U，所处的磁场的感应强度为B，带电粒子的质量为m，电荷量为q，则带电粒子所能获得的最大动能为          。