高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理选择题

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

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

如图是一个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，并分别与高频电源相连。现分别加速氘核（）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．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能

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处粒子源产生质量为m、电荷量为+q的粒子，在加速电压为U的加速电场中被加速。所加磁场的磁感应强度、加速电场的频率可调，磁场的磁感应强度最大值为B_m和加速电场频率的最大值f_m。则下列说法正确的是

A．粒子第n次和第n+1次半径之比总是︰

B．粒子从静止开始加速到出口处所需的时间为

C．若fm<，则粒子获得的最大动能为

D．若fm>，则粒子获得的最大动能为

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．质子在匀强磁场每运动一周被加速一次

B．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小有关

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α粒子

如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成．若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外．一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点．不计粒子重力．下列说法正确的是（    ）

A．粒子一定带正电
B．加速电场的电压
C．直径
D．若一群离子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点，则该群离子具有相同的比荷

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

图甲是用来加速带电粒子的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．带电粒子在运动中的动能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，则下列判断正确的是(    ) 

A．从Ek-t图可知，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

B．在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1

C．高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1

D．从Ek-t图可知，粒子加速次数越多，粒子的最大动能一定越大

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t4一t3＝t3一t2=t2—t1

B．高频电源的变化周期应该等于tn一tn-1

C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大

D．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

欧洲强子对撞机在2010年初重新启动，并取得了将质子加速到1.18万亿ev的阶段成果，为实现质子对撞打下了坚实的基础。质子经过直线加速器加速后进入半径一定的环形加速器，在环形加速器中，质子每次经过位置A时都会被加速（图1），当质子的速度达到要求后，再将它们分成两束引导到对撞轨道中，在对撞轨道中两束质子沿相反方向做匀速圆周运动，并最终实现对撞 （图2）。质子是在磁场的作用下才得以做圆周运动的。下列说法中正确的是（   ）

A．质子在环形加速器中运动时，轨道所处位置的磁场会逐渐减小

B．质子在环形加速器中运动时，轨道所处位置的磁场始终保持不变

C．质子在对撞轨道中运动时，轨道所处位置的磁场会逐渐减小

D．质子在对撞轨道中运动时，轨道所处位置的磁场始终保持不变

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，使人类在获得较高能量带电粒子方面前进了一步。下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、板间，如图所示。带电粒子从处以速度沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入型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

C．加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关

D．加速电场方向需要做周期性的变化