课后作业4一质谱仪与回旋加速器-2020-2021学年高中物理同步备课学案（2019人教版选择性必修第二册）

课后作业(四) 质谱仪与回旋加速器 1．如图所示．有一混合正离子束先后通过正交电场、磁场区域Ⅰ和匀强磁场区域Ⅱ，如果这束正离子束在区域Ⅰ中不偏转，进入区域Ⅱ后偏转半径又相同，则说明这些正离子具有相同的(　　) A．速度 B．质量 C．电荷 D．比荷 解析 设电场的场强为E，由于粒子在区域Ⅰ里不发生偏转，则Eq＝B1qv，得v＝eq \f(E,B1)；当粒子进入区域Ⅱ时，偏转半径又相同，所以R＝eq \f(mv,B2q)＝eq \f(m\f(E,B1),B2q)＝eq \f(Em,B1B2q)，故选项A、D正确． 答案 AD 2．如图所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B束，下列说法中正确的是(　　) A．组成A、B束的离子都带正电 B．组成A、B束的离子质量一定不同 C．A束离子的比荷大于B束离子的比荷 D．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 解析　由左手定则可知，组成A、B束的离子都带正电，选项A正确．经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，离子速度相等，在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径不同，由r＝mv/qB可知组成A、B束的离子比荷q/m一定不同，质量有可能相同，A束离子的比荷大于B束离子的比荷．选项B错误，C正确．由于离子带正电，所受电场力向右，所受洛伦兹力一定向左，由左手定则知速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里，选项D错误． 答案　AC 3．设回旋加速器中的匀强磁场的磁感应强度为B，粒子的质量为m，所带电荷量为q，刚进入磁场的速度为v0，回旋加速器的最大半径为R，那么两极间所加的交变电压的周期T和该粒子的最大速度v分别为(　　) A．T＝eq \f(2πm,qB)，v不超过eq \f(qBR,m)　　 B．T＝eq \f(πm,qB)，v不超过eq \f(qBR,m) C．T＝eq \f(2πm,qB)，v不超过eq \f(qBR,2m) D．T＝eq \f(πm,qB)，v不超过eq \f(qBR,2m) 解析　粒子做匀圆周运动周期为T＝eq \f(2πm,qB)，故电源周期须与粒子运动周期同步，粒子的最大速度由最大半径R决定． 答案　A 4．如图所示，电场强度E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，磁感应强度B2的方向垂直纸面向外，在S处有四个二价正离子甲、乙、丙、丁，均以垂直于电场强度E和磁感应强度B1的方向射入，若四个离子质量m甲＝m乙<m丙＝m丁，速率v甲<v乙＝v丙<v丁，则运动到P1、P2、P3、P4四个位置的正离子分别为(　　) A．甲、乙、丙、丁　　 B．甲、丁、乙、丙 C．丙、乙、丁、甲 D．甲、乙、丁、丙 解析 四种粒子，只有两个粒子通过速度选择器，只有速度满足v＝，洛伦兹力大于电场力，粒子向上偏转，打在P2点，故B正确，A、C、D错误。 ，洛伦兹力小于电场力，粒子向下偏转，打在P1点。丁的速度大于乙的速度，即大于，乙的质量小于丙的质量，所以乙的半径小于丙的半径，则乙打在P3点，丙打在P4点。甲的速度小于乙的速度，即小于，知r＝，才能通过速度选择器。所以通过速度选择器进入磁场的粒子是乙和丙，根据qvB＝m 答案 B 5．如图所示是医用回旋加速器的示意图，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(He)。下列说法中正确的是(　　) H)和氦核( A．氘核(H)的最大速度较大 B．它们在D形盒内运动的周期相等 C．氦核(He)的最大动能较大 D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能 解析 根据qvB＝mHe)的最大动能较大，故C正确；由C选项可知，粒子的最大动能与电源的频率无关，故D错误。 ，则有氦核(mv2＝相等，所以周期相等，故B正确；最大动能Ek＝，两粒子的比荷 相等，所以最大速度相等，故A错误；带电粒子在磁场中运动的周期T＝.两粒子的比荷 ，得v＝ 答案 BC 6．1932年劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。回旋加速器由两个铜质D形盒构成，盒间留有缝隙，加高频电源，中间形成交变的电场，D形盒装在真空容器里，整个装置放在与盒面垂直的匀强磁场B中。若用回旋加速器加速质子，不考虑相对论效应，下列说法正确的是(　　) A．质子动能增大是由于洛伦兹力做功 B．质子动能增大是由于电场力做功 C．质子速度增大，在D形盒内运动的周期变大 D．质子速度增大，在D形盒内运动的周期不变 解析 洛伦兹力始终与速度垂直，即洛伦兹力对粒子不做功，而电场力对粒子做功，即质子动能增大是由于电场力做功，故选项A错误，选项B正确；即Bqv＝m，即周期与速度无关，故选项C错误，选项D正确。，整理可以得到：T＝，而T