高中物理质谱仪和回旋加速器的工作原理试题

如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成．若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外．一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点。不计粒子重力。则M、N两个极板中电势较高的是____ 极板，加速电场的电压为____ ，PQ之间的距离为________。

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图，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

如下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．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里

B．质谱仪是分析同位素的重要工具

C．能通过狭缝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

关于回旋加速器的有关说法，正确的是

A．回旋加速器是利用磁场对运动电荷的作用使带电粒子的速度增大的

B．回旋加速器是用电场加速的

C．回旋加速器是通过多次电场加速使带电粒子获得高能量的

D．带电粒子在回旋加速器中不断被加速，故在D形盒中做圆周运动一周所用时间越来越小

一回旋加速器，当电场的频率一定时，加速α粒子的磁感应强度和加速质子的磁感应强度之比为(　　)

A．1∶1

B．1∶2

C．2∶1

D．1∶4

关于回旋加速器的说法正确的是（   ）

A．回旋加速器是利用磁场对运动电荷的作用使带电粒子的速度增大的

B．回旋加速器是通过多次电场加速使带电粒子获得高能量的

C．粒子在回旋加速器中不断被加速，故在磁场中做圆周运动一周所用时间越来越小

D．若加速电压提高到4倍，其它条件不变，则粒子获得的最大速度就提高到2倍

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

如图所示是质谱仪的工作原理示意力。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

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

如图，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场(B)和匀强电场(E)组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P，进入另一匀强磁场B′，最终打在A₁A₂上．下列表述正确的是

A．粒子带负电
B．所有打在A₁A₂上的粒子，在磁场B′中运动时间都相同
C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于
D．粒子打在A₁A₂上的位置越靠近P，粒子的比荷越大

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．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小

D．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大

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，并分别与高频电源相连．带电粒子运动的动能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．在Ek﹣t图中应有t4﹣t3=t3﹣t2=t2﹣t1

B．高频电源的变化周期应该等于tn﹣tn﹣1

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．在磁感应强度、“D”形盒半径，粒子的质量及其电荷量不变的情况下，粒子的加速次数越多，粒子的最大动能一定越大

英国物理学家阿斯顿首次制成了质谱仪，并用它确定了同位素的普遍存在。若两种带电粒子a、b(不计重力)由S₁射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是

A．两种粒子都带负电

B．金属板P1、P2间电场方向水平向左

C．b粒子的速度大于a粒子的速度

D．a粒子的比荷大于b粒子的比荷

1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器．回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的两个D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直. 设两D形盒之间所加的交流电压为U，被加速的粒子质量为m、电量为q,粒子从D形盒一侧开始被加速（初动能可以忽略），经若干次加速后粒子从D形盒边缘射出．


求：（1）粒子从静止开始第1次经过两D形盒间狭缝加速后的速度大小
　 （2）粒子第一次进入D型盒磁场中做圆周运动的轨道半径
　 （3）粒子至少经过多少次加速才能从回旋加速器D形盒射出

【江苏卷】下图是回旋加速器的工作原理图。从粒子源O放射出的带电粒子，经两D形盒间的电场加速后，垂直磁场方向进入某一D形盒内，在洛伦兹力的作用下做匀速圆周运动，经磁场偏转半个周期后又回到窄缝。此时窄缝间的电场方向恰好改变，带电粒子在窄缝中再一次被加速，以更大的速度进入另一D形盒做匀速圆周运动……，这样，带电粒子不断被加速，直至它在D形盒内沿螺线轨道运动逐渐趋于盒的边缘，当粒子达到预期的速率后，用特殊装置将其引出。如果粒子质量为m, 电荷量为q，D形盒的半径为R，磁感应强度为B，加速电压的大小为求：

（1）高频电源的频率
（2）粒子加速后的最大动能E
（3）粒子在加速器中运动的时间（忽略电场中加速时间）