2022-2023年人教版（2019）高中物理选择性必修2 第1章安培力与洛伦兹力 质谱仪和回旋加速器基础 WORD版.docx

1、质谱仪和回旋加速器基础训练1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形盒半径为若用回旋加速器加速质子（氢核）时，匀强磁场的磁感应强度为，高频交流电的频率为质子质量为，电荷量为则下列说法正确的是 （ ）A高频交流电频率应为B质子被加速后的最大动能不可能超过C质子被加速后的最大动能与狭缝间的加速电压、加速次数有关D不改变和，该回旋加速器也能用于加速粒子（即氦核）2美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用带电粒子在磁场中

2、做圆周运动的特点，能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量，使人类在获得高能量带电粒子方面前进了一步.如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在A、C板间，如图所示.带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动.对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是( )A带电粒子每运动一周被加速两次 B带电粒子每运动一周P1P2=P2P3C.加速电场方向需要做周期性的变化D.加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关3回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图1所示它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相

3、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(13H)和粒子(24He)，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4下图是质谱仪工作

4、原理的示意图。带电粒子a、b经电压U加速（在A点初速度为零）后，进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x1、x2处。图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则 Aa的质量一定大于b的质量Ba的电荷量一定大于b的电荷量Ca运动的时间大于b运动的时间Da的比荷大于b的比荷5回旋加速器的核心部分是两个半径为R的D型金属扁盒，如图，盒正中央开有一条窄缝，在两个D型盒之间加交变电压，于是在缝隙中形成交变电场，由于屏蔽作用，在D型盒内部电场很弱，D型盒装在真空容器中，整个装置放在巨大电磁铁的两极之间，磁场方向垂直于D型盒的底面，只要在缝隙中的交变电场的频率不变，便

5、可保证粒子每次通过缝隙时总被加速，粒子的轨道半径不断增大，并逐渐靠近D型盒边缘，加速到最大能量E后，再用特殊的装置将它引出。在D型盒上半面中心出口A处有一正离子源，正离子所带电荷量为q、质量为m，加速时电极间电压大小恒为U。（加速时的加速时间很短，可忽略；正离子从离子源出发时初速为零）。则下列说法正确的是AA增大交变电压U，则正离子在加速器中运行时间将变短B增大交变电压U，则正离子在加速器中运行时间将不变C正离子第n次穿过窄缝前后的速率之比为D回旋加速器所加交变电压的频率为6（2012年2月宁波八校联考）如图是医用回旋加速器示意图，其核心部分是两个D型金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高

6、频电源相连。现分别加速氘核（H）和氦核（He）。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形盒内运动的周期相同D仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能7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形金属盒处于垂直盒底的匀强磁场中，如图所示。已知D形盒半径为R，当用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交变电压的频率为f。则下列说法正确的是（ ）A加速电压越大，质子最后获得的速度越大B质子最后获得的速度与加速电压的大小无关C质子被加速后的

7、最大速度不可能超过2fRD不改变B和f，该回旋加速器也能用于加速电子8如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的装置其核心部分是两个D型金属盒，置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连。则下列说法正确的是( )A离子做圆周运动的周期随半径增大 B离子从磁场中获得能量 C带电粒子加速所获得的最大动能与加速电压的大小有关D带电粒子加速所获得的最大动能与金属盒的半径有关 91922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

8、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q/m越小10一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示，D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两盒分别与交流电源相连下列说法正确的是：A质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大B质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大C只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值D为了使质子每次经过D形盒间缝隙时都能得到加速，应使交变电压的周期等于质子的回旋周期11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

9、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，关于回旋加速器的下列说法正确的是 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12两个相同的回旋加速器，分别接在加速电压U1和U2的高频电源上，且 U1U2，有两个相同的带电粒子分别在这两个加速器中运动,设两个粒子在加速器中运动的时间分别为t1和t2，获得的最大动能分别为

10、Ek1和Ek2，则（ ）A.t1Ek2 B.t1= t2 , Ek1 t2 ,Ek1 =Ek2 D.t1t2 ,Ek1 =Ek2 13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，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减小磁场的磁感应强度B减小狭缝间的距离C增大高频交流电压D增大金属盒的半径14如图所示为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

11、让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片。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内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/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小15环型对撞机是研究高能粒子的重要装置，其核心部件是一个高真空的圆环状空腔。若带电粒子初速度为零，经电压为U的电场加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的环状空腔内，腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B。带电粒子将被局限在圆环状腔内运动。要维持带电粒子在圆环内做半径确定的圆周运动，下列说法正确的是A对于给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度B越大B对于

12、给定的加速电压，带电粒子的比荷q/m越大，磁感应强度B越小C对于给定的带电粒子，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变D对于给定的带电粒子，加速电压U越大，粒子运动的周期越小16如图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仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能17质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束(速度可看作为零)，经加速电场加速后垂直进入

13、有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，则下列判断正确的是 （ ）A.若离子束是同位素（质子数相同质量数不同），x越大，离子质量越小B.若离子的荷质比q/m相同，如果加速电压越大，则x越小C.只要x相同，则离子质量一定相同D.只要x相同，则离子的荷质比一定相同18质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具,如图为质谱仪原理示意图现利用这种质谱议对氢元素进行测量氢元素的各种同位素从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场,加速后垂直进入磁感强度为B的匀强磁场中氢的三种同位素氕、氘、氚的电量之比为1：1：1，质量之比为1：2：3，它们最后打

14、在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线” 关于三种同位素进入磁场时速度的排列顺序和a、b、c三条“质谱线” 的排列顺序，下列判断正确的是 。A进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氚、氘、氕 B进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氘、氚、氕Ca、b、c三条质谱线依次排列的顺序是氘、氚、氕Da、b、c三条质谱线依次排列的顺序是氚、氘、氕19关于回旋加速器，下列说法正确的是（ ）A、离子从磁场中获得能量B、离子由加速器的中心附近进入加速器C、增大加速器的加速电压，则粒子离开加速器时的动能将变大D、将D形盒的半径加倍，离子获得的动能将增加为4倍20关于回旋加速器加速带电粒子所获的能量（ ）A.与加速器

15、的半径有关, 半径越大, 能量越大B.与加速器的磁场有关, 磁场越强, 能量越大C.与加速器的电场有关, 电场越强, 能量越大D.与带电粒子的质量和电量均有关, 质量和电量越大, 能量越大21关于回旋加速器的下列说法，其中正确的有（ ）A电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子旋转B电场和磁场同时用来加速带电粒子C在确定的交流电源下，回旋加速器的半径越大，同一带电粒子获得的动能越大D同一带电粒子获得的最大动能只与交流电源的电压大小有关，而与交流电源的频率无关22如图所示为测定带电粒子比荷（）的装置，粒子以一定的初速度进入并沿直线通过速度选择器，速度选择器内有相互正交的匀强磁场和匀强电场，磁感应强

16、度和电场强度 速度选分别为B和E。然后粒子通过平板S上的狭缝P，进入另一匀强磁场，最终打在能记录粒子位置的胶片AlA2上。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能通过狭缝P的带电粒子的速率等于C粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大23用回旋加速器加速质子，为了使质子获得的动能增大为原来的4倍，可以（ ）A将D型金属盒的半径增大为原来的2倍B将磁场的磁感应强度增大为原来的4倍C将加速电场的电压增大为原来的4倍D将加速电场的频率增大为原来的4倍24如图15-5-20所示，有a、b、c、d四个离子，它们带同种电荷且电

17、荷量相等，它们的速率关系为vavb=vcvd，质量关系为ma=mbmc=md.进入速度选择器后，有两种离子从速度选择器中射出，由此可以判定( )A.射向P1的是a粒子 B.射向P2的是b粒子C.射向A1的是c粒子 D.射向A2的是d粒子25如图所示，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，估算出该粒子离开加速器时获得的动能为_.26(12分)如图14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后，由A孔射出，求：(1)加速器中匀强磁场B的方

18、向和大小；(2)设两D形盒间距为d，其间电压为U，电场视为匀强电场，质子每次经电场加速后能量增加，加速到上述能量所需回旋周数；(3)加速到上述能量所需时间27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，不计重力。求：粒子的速度v；速度选择器的电压U2；粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R。28（8分）如图所示是质谱仪示意图，图中离子源S产生电荷量为q的离子，经电压为U的电场加速后，由A点

19、垂直射人磁感应强度为B的有界匀强磁场中，经过半个圆周，打在磁场边界底片上的P点，测得PA=d，求离子的质量m。29如图所示，质量为m带电量为q的带电粒子，从离子源以很小的速度进入电势差为U的电场中加速后垂直进入磁场强度为B的磁场中，不计粒子从离子源射出时的速度，求：（1）带电粒子进入磁场时的速度大小？（2）带电粒子进入磁场的偏转半径？30（10分）质谱仪原理如图，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，磁感强度为B1，板间距离为d，c为偏转分离器，磁感强度为B2，今有一质量为m，电量为+e的电子（不计重力），经加速后，该离子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动，

20、求：（1）粒子的速率v（2）速度选择器的电压u2（3）粒子在B2的磁场中做匀速圆周运动的半径R31图4是测量带电粒子质量的仪器的工作原理示意图.设法使某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变为正一价的分子离子.分子离子从狭缝S1以很小的速度进入电压为U的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝S2、S3射入磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ.最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面且平行于狭缝S3的细线.若测得细线到狭缝S3的距离为d，试导出分子离子的质量m的表达式.参考答案1B2D3B4D5AC6AC7BC8D9D10AB11D12D13D14BC15BD16AC17D18D19BD20AB21AD22BD23A24A2526(1) 方向垂直于纸面向里(2) (3) 27解：粒子经加速电场U1加速，获得速度V，由动量定理得：qU1=mv2 解得v=来源:学*科*网Z*X*X*K在速度选择器中作匀速直线运动，电场力与洛仑兹力平衡得Eq=qvB1即U2=B1dv=B1d在B2中作圆周运动，洛仑兹力提供向心力，R=2829（1）（2）30（1）（2）u2=dB1（3）R=31