高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理试题

如图所示是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D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D形盒中运动的周期相同

D．仅增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能

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．该束带电粒子带负电

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

D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0，粒子的比荷越大

（改编）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小孔S₀射入质谱仪后，运动轨迹如图实线轨迹所示，不计粒子重力。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极板带负电

C．在B2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大

D．在B2磁场中运动半径越大的粒子，比荷越小

如图，用回旋加速器来加速带电粒子，以下说法正确的是

A．图中加速器出口射出的是带正电粒子

B．D形盒的狭缝间所加的电压必是交变电压

C．强磁场对带电粒子做功，使其动能增大

D．粒子在加速器中的半径越大，周期越长

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．在Ek—t图中应有t4一t3＝t3一t2=t2—t1

B．高频电源的变化周期应该等于tn一tn-1

C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大

D．要想粒子获得的最大动能越大，则要求D形盒的面积也越大

（改编）随着科技的高速发展，回旋加速器在生产和生活中的应用日益广泛。如图所示是医用回旋加速器，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源两端相连。现分别加速氘核（）和氦核（），下列说法中正确的是

A．它们的最大速度不相同

B．它们在D形盒中运动的周期相同

C．它们的最大动能相同

D．仅增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能

关于回旋加速器中电场和磁场的说法中正确的是：

A．电场和磁场都对带电粒子起加速作用

B．电场和磁场是交替地对带电粒子做功的

C．只有磁场才对带电粒子起加速作用

D．只有电场才对带电粒子起加速作用

如图是一个医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D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．两次所接高频电源的频率相同

D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能

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

回旋加速器是利用带电粒子在电场中的加速和带电粒子在磁场中偏转的这一特性，多次对带点粒子加速。用同一回旋加速器分别对氘核和氦核加速后，则 （   ）

A．氘核获得的动能大

B．氦核的速度大

C．在磁场中两核的运行时间相同

D．加速氦核时交流电的周期大

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变电流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，高频交变电压频率为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

如图是用来加速带电粒子的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，以达到加速粒子的目的。已知D形盒的半径为R，匀强磁场的磁感应强度为B，一个质量为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。根据回旋加速器的这些数据，可知该粒子离开回旋加速器时获得的动能为         ；若提高高频电源的电压，粒子离开回旋加速器的动能将         。（填“增大”、“减小”或“不变”）

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

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U₂
⑶粒子在B₂磁场中做匀速圆周运动的半径R。