高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理试题

如图，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压U加速后在纸面内水平向右运动，自M点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直。已知甲种离子射入磁场的速度大小为v ₁， 并在磁场边界的N点射出；乙种离子在MN的中点射出；MN长为l。不计重力影响和离子间的相互作用。求：

（1）磁场的磁感应强度大小；    

（2）甲、乙两种离子的比荷之比。    

现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子，其示意图如图所示, 其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速, 经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为（   ）

A．

11

B．

12

C．

121

D．

144

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（即荷质比）越小

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

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形金属盒处于垂直盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法正确的是（       ）

A．增大电场的加速电压	B．减小磁场的磁感应强度
C．减小狭缝间的距离	D．增大磁场的磁感应强度

关于回旋加速器的下列说法，其中正确的有

A．电场和磁场同时用来加速带电粒子

B．随着粒子圆周运动的半径不断增大，粒子在磁场中运动半周所需时间也不断增大

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与交流电源的电压大小有关

回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如下图所示，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．加速氚核的匀强电场的电势差较大，氚核获得的最大动能较大

C．匀强磁场的磁感应强度较大，氚核获得的最大动能也较大

D．D形金属盒的半径较大，氚核获得的最大动能较大

回旋加速器是利用较低电压的高频电源，使粒子经过多次加速获得巨大速度的一种仪器，其工作原理如图所示，下列说法中正确的是（  ）

A．粒子做匀速圆周运动，每加速一次半径变大

B．粒子由运动到比粒子由运动到所用时间少

C．粒子的轨道半径与它的速率无关

D．粒子的运动周期和运动速率成正比

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

回旋加速器是获得高能量带电粒子的装置，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，关于回旋加速器的下列说法中正确的是（   ）

A．加速电压越大，带电粒子从D形盒射出时的动能越大

B．带电粒子从D形盒射出时动能与磁场的强弱无关

C．交变电场的周期应为带电粒子做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

粒子回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的D型金属盒的半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频率交流电的频率为f，加速电压的电压为U，若中心粒子源处产生的质子质量为m，电荷量为+e，在加速器中被加速。不考虑相对论效应，则下列说法正确是

A．不改变磁感应强度B和交流电的频率f，该加速器也可加速氚核

B．加速的粒子获得的最大动能随加速电场U增大而增大

C．质子被加速后的最大速度不能超过2πRf

D．质子第二次和第一次经过D型盒间狭缝后轨道半径之比为

如图所示为质谱仪上的原理图，M为粒子加速器，N为速度选择器， 磁场与电场正交，磁感应强度为B₁＝0.2T，板间距离为d ＝0.06m；P为一个边长为L的正方形abcd的磁场区，磁感应强度为B₂＝0.1T，方向垂直纸面向外，其中dc的中点S开有小孔，外侧紧贴dc放置一块荧光屏。今有一比荷为的正离子从静止开始经加速后，粒子离开加速器时的速度v=,恰好通过速度选择器，从a孔以平行于ab方向进入abcd磁场区，正离子刚好经过小孔S 打在荧光屏上。求：

（1）速度选择器的电压U₂
（2）正方形abcd边长L

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动能为E_k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,质子的动能将Ek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、质子的动能Ek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

如图是质谱仪的工作原理示意图．现有一束几种不同的正离子，经过加速电场加速后，垂直射入速度选择器（速度选择器内有相互正交的匀强电场E和匀强磁场B₁），离子束保持原运动方向未发生偏转．接着进入另一匀强磁场B₂，发现这些离子分成几束．最后打到极板s上，由此可得结论（ ）

A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

B．这些离子在B2中的运动时间相同

C．这些离子的电量一定不相同

D．这些离子的比荷一定不相同