高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理试题

如图是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A₁A₂．平板S下方有强度为B₀的匀强磁场．下列表述不正确的是（    ）

A．质谱仪是分析同位素的重要工具

B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

C．能通过的狭缝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，粒子的比荷越小

如图是回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两个完全相同的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（q₁、m₁）和氦核（q₂、m₂）。已知q₂=2q₁，m₂ =2m₁，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．仅增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能

D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能

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，并与高频电源相连。现分别加速质子（）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．两次所接高频电源的频率相同

D．仅增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能

1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器的工作原理如图所示，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以忽略不计。磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q ，在加速器中被加速，加速电压为U。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用。

（1）求粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比；
（2）求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t ；
（3）实际使用中，磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制。若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为B_m、f_m，试讨论粒子能获得的最大动能E_㎞。

如图，甲图是回旋加速器的原理示意图。其核心部分是两个D型金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中（磁感应强度大小恒定），并分别与高频电源相连。加速时某带电粒子的动能E_K随时间t变化规律如乙图所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是 (     ) 

A．高频电源的变化周期应该等于tn－tn-2

B．在EK-t图象中t4－t3＝t3－t2＝t2－t1

C．粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大

D．不同粒子获得的最大动能都相同

右图甲是回旋加速器的原理示意图。其核心部分是两个D型金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中（磁感应强度大小恒定），并分别与高频电相连。加速时某带电粒子的动能E_K随时间t变化规律如下图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是(    )

A．高频电的变化周期应该等于tn-tn-1

B．在EK-t图象中t4-t3＝t3-t2＝t2-t1

C．粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大

D．不同粒子获得的最大动能都相等

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．若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是．

A．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，比荷越小

D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大

用来加速带电粒子的回旋加速器，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，两盒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的变化规律如图所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是．

A．伴随粒子动能变大，应有(t2－t1)> (t3－t2)>( t4－t3);

B．高频电源的变化周期应该等于2(tn－tn－1);

C．要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的半径;

D．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大.

如图是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A₁A₂.平板S下方有磁感应强度为B₀的匀强磁场．下列表述正确的是（   ）

A．质谱仪是一种测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具

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

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

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

回旋加速器主体部分是两个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。在粒子质量不变和D形盒外径R固定的情况下，下列说法正确的是（     ）

A．粒子每次在磁场中偏转的时间随着加速次数的增加而增大

B．粒子在电场中加速时每次获得的能量相同

C．增大高频交流的电压，则可以增大粒子最后偏转出D形盒时的动能

D．将磁感应强度B减小，则可以增大粒子最后偏转出D形盒时的动能

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，关于回旋加速器下列正确的是（ ）

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

图甲是回旋加速器的工作原理图。D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差，A处的粒子源产生的带电粒子，在两盒之间被电场加速。两半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，所以粒子在半圆盒中做匀速圆周运动。若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，不计带电粒子在电场中的加速时间，不考虑由相对论效应带来的影响，下列判断正确的是

A．在Ek-t图中应该有tn+1- tn =tn-tn-1

B．在Ek-t图中应该有tn+1- tn <tn-tn-1

C．在Ek-t图中应该有En+1- En =En-En-1

D．在Ek-t图中应该有En+1-En <En-En-1

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，设想有一个静止的质量为m、带电量为q的带电粒子(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的偏转磁场中，带电粒子打至底片上的P点，设OP=x，则在图中能正确反映x与U之间的函数关系的是
 
   

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，与高频交流电源相连接后，使粒子每次经过两盒间的狭缝时都能得到加速，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．仅减小磁场的磁感应强度

B．仅减小狭缝间的距离

C．仅增大高频交流电压

D．仅增大金属盒的半径