高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理试题

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．该束带电粒子带正电；

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，比荷越小

D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大

用来加速带电粒子的回旋加速器，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，两盒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的变化规律如图所示，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．伴随粒子动能变大，应有(t2－t1)> (t3－t2)>( t4－t3);

B．高频电源的变化周期应该等于2(tn－tn－1);

C．要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的半径;

D．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大.

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．下列表述正确的是（   ）

A．质谱仪是一种测量带电粒子的质量和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．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于

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

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，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速，如图所示。在粒子质量不变和D形盒外径R固定的情况下，下列说法正确的是（     ）

A．粒子每次在磁场中偏转的时间随着加速次数的增加而增大

B．粒子在电场中加速时每次获得的能量相同

C．增大高频交流的电压，则可以增大粒子最后偏转出D形盒时的动能

D．将磁感应强度B减小，则可以增大粒子最后偏转出D形盒时的动能

回旋加速器是获得高能带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源的两极相连的两个D形盒，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，关于回旋加速器下列正确的是（ ）

A．狭缝间的电场对粒子起加速作用，因此加速电压越大，带电粒子从D形盒射出时的动能越大

B．磁场对带电粒子的洛仑兹力对粒子不做功，因此带电粒子从D形盒射出时的动能与磁场的强弱无关

C．带电粒子做一次圆周运动，要被加速两次，因此交变电场的周期应为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

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

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

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，与高频交流电源相连接后，使粒子每次经过两盒间的狭缝时都能得到加速，如图所示。现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是

A．仅减小磁场的磁感应强度

B．仅减小狭缝间的距离

C．仅增大高频交流电压

D．仅增大金属盒的半径

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的周期性变化的电场，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，要增大带电粒子射出时的动能，则下列做法中正确的是（   ）

A．增大偏转磁场的磁感应强度

B．增大加速电场的电场强度

C．增大D形金属盒的半径

D．减小狭缝间的距离

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A₁A₂，平板S下方有磁感应强度为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内

C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于

D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷（）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

关于回旋加速器，下述说法中不正确是

A．电场的作用是使带电粒子加速，动能增大

B．电场和磁场交替使带电粒子加速

C．磁场的作用是使带电粒子在磁场中回旋，获得多次被加速的机会

D．D形盒的半径越大，射出的带电粒子获得的能量越多

回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B。一个质量了m、电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为零开始加速。

（1）求该回旋加速器所加交变电场的频率；
（2）求粒子离开回旋加速器时获得的动能；
（3）有同学想自利用该回旋加速器直接对质量为m、电量为2q的粒子加速。能行吗？行，说明理由；不行，提出改进方案.

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

A．粒子在磁场中做匀速圆周运动

B．粒子的运动周期和运动速率成正比

C．粒子的轨道半径与它的速率成正比

D．粒子由运动到比粒子由运动到所用时间少