高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理选择题

【改编】英国物理学家阿斯顿因首次制成质谱仪，并用此对同位素进行了研究，因此荣获了1922年的诺贝尔化学奖。若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是

A．该束带电粒子带负电

B．速度选择器的P1极板带正电

C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，速度越大

D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量不一定大

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，加速器的电压为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．质子被加速后的最大速度不能超过2πRf

B．加速的质子获得的最大动能随加速电场U增大而增大

C．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

D．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a粒子

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

一回旋加速器，当外加磁场一定时，可把α粒子加速到v，它能把质子加速到的速度为  (   )

A．v

B．2v

C．0.5v

D．4v

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，粒子的荷质比越小

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。速度选择器内匀强磁场和匀强电场的方向相互垂直，磁感应强度为B，电场强度为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，平板S下方有磁感应强度为的匀强磁场，下列表述正确的是（  ）

A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内

B．只有速率等于的带电粒子才能通过狭缝P

C．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小

D．用质谱仪可以分析同位素

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

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

加速器是使带电粒子获得高能量的装置，如图是回旋加速器的原理图，由回旋加速器的工作原理可知

A．随着速度的增加，带电粒子在磁场中运动的周期越来越短

B．带电粒子获得的最大速度是由交变电场的加速电压决定的

C．加速质子后，不需要改变加速器的任何量，就可以用来加速α粒子

D．交变电场的频率跟带电粒子的比荷成正比

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

一个回旋加速器，保持外加磁场的磁感应强度不变，对质子（）加速时，可把质子的速度加到最大为，所用电场频率为；对α粒子（）加速时，可把α粒子的速度加速到最大为，所用电场频率为，在不考虑相对论效应的情况下有

A．	B．
C．	D．

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

关于回旋加速器加速带电粒子所获得的能量，下列说法正确的是（ ）

A．与加速器的半径有关，半径越大，能量越大

B．与加速器的磁场有关，磁场越强，能量越大

C．与加速器的电场有关，电场越强，能量越大

D．与带电粒子的质量有关，质量越大，能量越大

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

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