高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理选择题

如图所示，回旋加速器是加速带电粒子的装置，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．增大匀强电场间的加速电压

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

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．离子由加速器的边缘进入加速器

B．离子从磁场中获得能量

C．离子从电场中获得能量

D．增大电场间的电压，带电粒子的最大动能也增大

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．若用回旋加速器加速质子（氢核）时，匀强磁场的磁感应强度为，高频交流电的频率为．质子质量为，电荷量为．则下列说法正确的是 （  ）

A．高频交流电频率应为

B．质子被加速后的最大动能不可能超过

C．质子被加速后的最大动能与狭缝间的加速电压、加速次数有关

D．不改变和，该回旋加速器也能用于加速粒子（即氦核）

美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量，使人类在获得高能量带电粒子方面前进了一步.如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在A、C板间，如图所示.带电粒子从P₀处以速度v₀沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动.对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是(   )

A．带电粒子每运动一周被加速两次  
B．带电粒子每运动一周P₁P₂=P₂P₃
C.加速电场方向需要做周期性的变化
D.加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关

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

回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图1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(₁³H)和α粒子(₂⁴He)，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

质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场。如图为质谱仪的原理图，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（  ）


A                 B              C                D

下图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的质量一定大于b的质量

B．a的电荷量一定大于b的电荷量

C．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

回旋加速器的核心部分是两个半径为R的D型金属扁盒，如图，盒正中央开有一条窄缝，在两个D型盒之间加交变电压，于是在缝隙中形成交变电场，由于屏蔽作用，在D型盒内部电场很弱，D型盒装在真空容器中，整个装置放在巨大电磁铁的两极之间，磁场方向垂直于D型盒的底面，只要在缝隙中的交变电场的频率不变，便可保证粒子每次通过缝隙时总被加速，粒子的轨道半径不断增大，并逐渐靠近D型盒边缘，加速到最大能量E后，再用特殊的装置将它引出。在D型盒上半面中心出口A处有一正离子源，正离子所带电荷量为q、质量为m，加速时电极间电压大小恒为U。（加速时的加速时间很短，可忽略；正离子从离子源出发时初速为零）。则下列说法正确的是

A．增大交变电压U，则正离子在加速器中运行时间将变短

B．增大交变电压U，则正离子在加速器中运行时间将不变

C．正离子第n次穿过窄缝前后的速率之比为

D．回旋加速器所加交变电压的频率为

如图是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D型金属盒，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（H）和氦核（He）。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形盒内运动的周期相同

D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能

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形金属盒处于垂直盒底的匀强磁场中，如图所示。已知D形盒半径为R，当用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交变电压的频率为f。则下列说法正确的是（   ）

A．加速电压越大，质子最后获得的速度越大

B．质子最后获得的速度与加速电压的大小无关

C．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR

D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速电子

如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的装置．其核心部分是两个D型金属盒，置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连。则下列说法正确的是( D  )

A．离子做圆周运动的周期随半径增大

B．离子从磁场中获得能量

C．带电粒子加速所获得的最大动能与加速电压的大小有关

D．带电粒子加速所获得的最大动能与金属盒的半径有关

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

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

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