高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理选择题

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下方有磁感应强度为B₀的匀强磁场．下列说法正确的是（　   　 ）

A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里

B．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于B / E

C．比荷（q/m）越大的粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P

D．粒子从P点运动到胶片A1A2的时间为2πm/qB0

如图所示，不同带电粒子以不同速度由左端中线水平射入如图装置，左侧有竖直向下的匀强电场E和垂直于纸面向内的匀强磁场B₁，右侧是垂直于纸面向外的磁场B₂，中间有一小孔，不计粒子重力。下列说法正确的是（     ）

A．只有正电荷才能沿中线水平通过B1区域进入到B2磁场区域。

B．只有速度的粒子才能沿中线水平通过B1区域进入到B2磁场区域

C．如果粒子打在胶片上离小孔的距离是，则该粒子的荷质比为

D．若甲、乙两个粒子的电荷量相等，打在胶片上离小孔的距离是2：3，则甲、乙粒子的质量比为2：3

如图所示是用电子射线管演示带电粒子在磁场中受洛仑兹力的实验装置图，图中虚线是带电粒子的运动轨迹，那么下列关于此装置的说法正确的是：

A．A端接的是高压直流电源的正极	B．A端接的是高压直流电源的负极
C．C端是蹄形磁铁的N极	D．C端是蹄形磁铁的S极

质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备，它的构造原理如图所示．离子源S产生的各种不同正离子束（速度可视为零），经MN间的加速电压U加速后从小孔S₁垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点．设P到S₁的距离为x，则 （   ）

A．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越小

B．若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越大

C．只要x相同，对应的离子质量一定相同

D．只要x相同，对应的离子的比荷一定相等

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

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

现代科学研究中常要用到高速电子，电子感应加速器就是电子加速的设备。它的基本原理如图所示，上、下为电磁铁的两个磁极，磁极之间有一个环形真空室, 电子在真空室中做圆周运动。电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化。上图为侧视图，下图为真空室的俯视图，如果从上向下看, 电子沿逆时针方向运动。以下分析正确的是(    )

A．变化的磁场在真空室内形成感生电场使电子加速

B．变化的电场在真空室内形成磁场使电子加速

C．当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时, 为使电子加速, 电磁铁中的电流应该由小变大

D．当电磁铁线圈电流的方向与图示方向一致时, 为使电子加速, 电磁铁中的电流应该由大变小

1930年，劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，工作原理示意图如图所示。关于回旋加速器，下列说法正确的是

A．粒子从电场中获得能量

B．交流电的周期随粒子速度的增大而增大

C．要使粒子获得的最大动能增大，可以增大D形盒的半径

D．不改变交流电的频率和磁感应强度B，加速质子的回旋加速器也可以用来加速α粒子

用回旋加速器分别加速粒子和质子时，若磁场相同，则加在两个D形盒间的交变电压的频率应不同，其频率之比为（   ）

A．1：1

B．1:3

C．2:1

D．1：2

某种质谱仪的工作原理示意图如图所示，此质谱仪由以下几部分构成：粒子源S；M、N为加速电场；速度选择器P、Q，其间是正交的匀强磁场和匀强电场，强度分别为B₁和E，磁场方向垂直于纸面向里；磁感应强度为B₂、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场；核乳胶片。由粒子源发出的初速度不计的不同带电粒子，经加速电场加速，经过速度选择器，进入有界匀强磁场B₂，最终打在核乳胶片上，形成a、b、c三条质谱线。则下列相关说法正确的是（   ）

A．速度选择器的上极板P带负电下极板Q带正电

B．a、b、c三条质谱线中粒子从A点运动到核乳胶片的时间

C．能通过狭缝A的带电粒子的速率等于

D．带电量相同的粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝A，粒子的质量越大

速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束，其运动轨迹如图所示，其中S₀A＝S₀C，则下列说法正确的是(   )

A．甲束粒子带正电，乙束粒子带负电

B．甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷

C．能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于

D．若甲、乙两束粒子的电荷量相等，则甲、乙两束粒子的质量比为3∶2

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。下列表述正确的是

A．只有带正电的粒子能通过速度选择器沿直线进入狭缝P

B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里

C．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大

D．能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于

速度相同的一束粒子，由左端射入速度选择器后，又进入质谱仪，其运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是（   ）

A．该束带电粒子带负电

B．能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于E/B2

C．若保持B2不变，粒子打在胶片上的位置越远离狭缝S0，粒子的比荷q/m越小

D．若增大入射速度，粒子在磁场中轨迹半圆将变大

回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示，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，在两盒间的窄缝中形成交变电场，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匀速圆周运动，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（H）和粒子（He），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，可知

A．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

B．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

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

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，a、b分别与高频交流电源两极相连接，下列说法正确的是（ ）

A．离子从磁场中获得能量

B．带电粒子的运动周期是不变的

C．离子由加速器的中心附近进入加速器

D．增大金属盒的半径，粒子射出时的动能不变