高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理试题

如图所示为一质谱仪的构造原理示意图,整个装置处于真空环境中,离子源N可释放出质量均为m、电荷量均为q(q>0)的离子.离子的初速度很小,可忽略不计.离子经S₁、S₂间电压为U的电场加速后,从狭缝S₃进入磁感应强度大小为B.方向垂直于纸面向外的匀强磁场中,沿着半圆运动到照相底片上的P点处,测得P到S₃的距离为x.

求: (1)离子经电压为U的电场加速后的速度v；   (2)离子的比荷(q/m)。

如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图。速度选择器（也称滤速器）中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B₁的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B₂的方向垂直纸面向外。在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B₁入射到速度选择器中，若m_甲=m_乙<m_丙=m_丁，v_甲<v_乙=v_丙<v_丁，在不计重力的情况下，则分别打在P₁、P₂、P₃、P₄四点的离子分别是（   ）

A．甲、乙、丙、丁	B．甲、丁、乙、丙
C．丙、丁、乙、甲	D．甲、乙、丁、丙

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．质子的回旋频率等于2f

B．质子被电场加速的次数与加速电压有关

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

如图是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个形金属盒，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．它们在形盒中运动的周期相同

D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能

回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如下图。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，直到达到最大周半径时通过特殊装置被引出。现要增大粒子射出时的动能，则下列说法正确的是（   ）

A．增大电场的加速电压

B．增大磁场的磁感应强度

C．减小狭缝间的距离

D．增大D形盒的半径

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（   ）

图甲是回旋加速器的原理示意图。其核心部分是两个D型金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中（磁感应强度大小恒定），并分别与高频电源相连。加速时某带电粒子的动能E_K随时间t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．在EK-t图象中t4-t3=t3-t2=t2-t1

B．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大

C．高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1

D．D形盒的半径越大，粒子获得的最大动能越大

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、电荷量为q的质子，使质子由静止加速到能量为E_k，由A孔射出，求：

（1）加速器中匀强磁场B的方向和大小；
（2）加速器中交变电场的周期；
（3）设两D形盒间的加速电压为U，质子每次经电场加速后能量增加，加速到上述能量所需时间（不计在电场中的加速时间）。

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．该束带电粒子带负电

B．速度选择器的极板带负电

C．在磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小

D．在磁场中运动半径越大的粒子，质量越大

（多选）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．质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR

B．质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关

C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值

D．不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速α粒子

(6分)欧洲大型强子对撞机是现在世界上体积最大、能量最高的加速器，是一种将粒子加速对撞的高能物理设备．该设备能把数以万计的粒子加速到相当于光速的99.9%，粒子流每秒可在隧道内狂飙11 245圈，单束粒子能量可达7万亿电子伏．则下列说法中错误的是________。(填正确答案标号。选对1个得2分，选对2个得4分，选对3个得6分；每选错1个扣3分，最低得分为0分)

A．如果继续对粒子进行加速，粒子的速度不能达到光速

B．如果继续对粒子进行加速，粒子的速度能够达到光速

C．如果继续对粒子进行加速，粒子的速度能够超过光速

D．粒子高速运动时的质量大于静止时的质量

E．粒子高速运动时的质量小于静止时的质量

某一回旋加速器，两半圆形金属盒的半径为R，它们之间的电压为U，所处的磁场的感应强度为B，带电粒子的质量为m，电荷量为q，则带电粒子所能获得的最大动能为__________

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．离子由回旋加速器的边缘进入加速器

B．离子在磁场中加速

C．离子由回旋加速器的中心附近进入加速器

D．离子在电场中偏转

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，两盒间的窄缝中形成电场，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（）和α粒子（）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α粒子的交流电源的频率较小，氚核获得的最大动能也较小

D．加速α粒子的交流电源的频率较小，氚核获得的最大动能较大

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．带电粒子由加速器的中心附近进入加速器

B．带电粒子由加速器的边缘进入加速器

C．电场使带电粒子加速，磁场使带电粒子旋转

D．离子从D形盒射出时的动能与加速电场的电压无关