高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理试题

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

B．高频电源的变化周期应该等于

C．当电源电压减小为时，粒子从D形盒射出时的动能将减小一半。

D．粒子在D形盒中每一次加速速度的增量大小相等

 一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器A下方的小孔S₁飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过S₃沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上

（1）求粒子进入磁场时的速率。
（2）求粒子照相底片D点到S₃的距离

如图所示为一质谱仪的构造原理示意图,整个装置处于真空环境中,离子源N可释放出质量均为m、电荷量均为q(q>0)的离子.离子的初速度很小,可忽略不计.离子经S₁、S₂间电压为U的电场加速后,从狭缝S₃进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场中,沿着半圆运动到照相底片上的P点处,测得P到S₃的距离为x.求:

(1)离子经电压为U的电场加速后的速度v;
(2)离子的比荷(q/m)

如图甲所示，回旋加速器置于大小恒定的匀强磁场中，磁场方向与回旋加速器的两个D型金属盒面垂直；两个D型金属盒分别与高频电源相连。某带电粒子加速时的动能E_k随时间t变化规律如乙图所示。不计带电粒子在电场中的加速时间和粒子重力。则以下判断正确的是

A．高频电源的变化周期等于T=tn-tn-1

B．在Ek-t图象中t4-t3=t3-t2=t2-t1

C．粒子获得的最大动能与粒子在磁场中加速的次数无关

D．粒子获得的最大动能与高频电源的电压有关

关于回旋加速器，下列说法正确的是（   ）
①加速器中的电场和磁场都可以使带电粒子加速
②其它量一定，加速器的半径越大粒子从加速器射出时能量越大
③其它量一定，加速电场的电压越大粒子从加速器射出时能量越大
④其它量一定，加速器中的磁感强度越大粒子从加速器射出时能量越大

A．①②

B．①③

C．②③

D．②④

二十世纪初，卡文迪许实验室(Cavendish Laboratory)的英国物理学家阿斯顿首次制成了聚焦性能较高的质谱仪，并用此来对许多元素的同位素及其丰度进行测量，从而肯定了同位素的普遍存在。现速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪，其运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是

A．该束粒子带负电

B．速度选择器的P1极板带正电

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

如图所示，一个质量为m、电荷量为e的粒子从容器A下方的小孔S，无初速度地飘入电势差为U的加速电场，然后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片M上。下列说法正确的是：(     )

A．粒子进入磁场时的速率

B．粒子在磁场中运动的时间

C．粒子在磁场中运动的轨道半径

D．若容器A中的粒子有初速度，则粒子仍将打在照相底片上的同一位置

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

如图所示为质谱仪的原理图，电荷量为、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后，进入粒子速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E，方向水平向右。带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点既垂直直线MN又垂直于磁场的方向射人偏转磁场。偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场后，最终达到照相底片的H点。已知偏转磁场的磁感应强度为B₂，带电粒子的重力可忽略不计。求：

粒子从加速电场射出时速度的大小；
粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B₁的大小和方向；
带电粒子进入偏转磁场的G点到照相底片H点的距离L。

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、带电荷量为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，带电粒子打到底片上的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  
                                   

如图所示，一个质量为m、电荷量为e的粒子从容器A下方的小孔S，无初速度地飘入电势差为U的加速电场，然后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片M上。下列说法正确的是：(     )

A．粒子进入磁场时的速率

B．粒子在磁场中运动的时间

C．粒子在磁场中运动的轨道半径

D．若容器A中的粒子有初速度，则粒子仍将打在照相底片上的同一位置

如图所示，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两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的匀强电场，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面的匀强磁场中，磁场方向如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为B， D形金属盒的半径为R，狭缝间的距离为d，匀强电场间的加速电压为U，要增大带电粒子（电荷量为q，质量为m，不计重力）射出时的动能，则下列方法中正确的是

A．增大加速电场间的加速电压	B．减小狭缝间的距离
C．增大磁场的磁感应强度	D．增大D形金属盒的半径

如图所示是质谱仪工作原理的示意图．带电粒子a、b经电压U加速(在A点的初速度为零)后，进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x₁、x₂处．图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则(　　)

A．a的质量一定小于b的质量

B．a的电荷量一定大于b的电荷量

C．在磁场中a运动的时间大于b运动的时间

D．a的比荷大于b的比荷

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．高频电源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同

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源两极相连接的两个D形金属盒，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形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。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。则下列说法正确的是

A．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR

B．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关

C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值

D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子