高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理试题

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

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

关于回旋加速器中电场和磁场作用的叙述，正确的是（ ）

A．电场和磁场都对带电粒子起加速作用

B．只有电场对带电粒子做功的

C．磁场只对带电粒子起偏转作用

D．带电粒子在磁场中的运动周期会随运动半径的增大而增大

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器．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．粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大

B．若增大磁感应强度，为保证该粒子每次进人电场均被加速，应增大高频电源交流电的频率

C．不同粒子在两D型盒中运动时间可能不相同

D．不同粒子获得的最大动能都相同

如图为一回旋加速器的示意图，已知 D形盒的半径为R，中心O处放有质量为m、带电量为q的正离子源，若磁感应强度大小为B，求：

（1）加在D形盒间的高频电源的频率___________________；
（2）离子加速后的最大能量___________________________；
（3）离子在第n次通过窄缝前后的半径之比_____________。

如图所示为质谱仪的原理图，A为粒子加速器，电压为U₁；B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B₁，板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为B₂。今有一质量为m、电量为q的正离子经加速后，恰好通过速度选择器，进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动，求：

⑴粒子的速度v；
⑵速度选择器的电压U_2；
⑶粒子在B₂磁场中做匀速圆周运动的半径R和运动时间t。

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

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，则下列说法中正确的是

A．增大匀强电场间的加速电压	B．增大磁场的磁感应强度
C．减小狭缝间的距离	D．增大D形金属盒的半径

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，高频交流电的频率为f、电压大小恒为U，若中心粒子源放射出的质子质量为m，电量为+e，从静止开始在加速器中被加速．不考虑相对论效应和重力作用，则下列说法正确有

A．若该加速器能实现对质子的加速，则上述物理量必须满足

B．若该加速器能实现对质子的加速，则上述物理量必须满足

C．质子最终由加速器加速获得的最大速度随电压U的增大而增大

D．质子最终由加速器加速获得的最大速度随磁感应强度B的增大而增大

如图所示为一种获得高能粒子的装置，环形区域内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小可调的均匀磁场（环形区域的宽度非常小）。质量为m、电荷量为+q的粒子可在环中做半径为R的圆周运动。A、B为两块中心开有小孔的距离很近的极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过A板准备进入AB之间时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速。每当粒子离开B板时，A板电势又降为零。粒子在电场中一次次加速下动能不断增大，而在环形磁场中绕行半径R不变。（设极板间距远小于R） 下列说法正确的是

A．粒子从A板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行n圈后回到A板时获得的总动能为2nqU
B．粒子在绕行的整个过程中，每一圈的运动时间不变
C．为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场的磁感应强度大小必须周期性递减
D．粒子绕行第n圈时的磁感应强度为

速度相同的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．能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于EB1

D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0，粒子的比荷越大

图甲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，并分别与高频电源两极相连。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，则下列说法正确的是

A．（t2－tl）>（t3－t2）>……>（tn－ tn－l）

B．高频电源的变化周期应该等于tn－ tn－l

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．要使粒子获得的最大动能增大，可以增大加速电压

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．离子从电场中获得能量

C．增强磁感应强度可以使粒子射出时的动能增加

D．增大金属盒的半径可使粒子射出时的动能增加