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＝；当粒子进入区域Ⅱ时，偏转半径又相同，所以R＝＝＝，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＝，v不超过　　   B．T＝，v不超过

C．T＝，v不超过       D．T＝，v不超过

解析　粒子做匀圆周运动周期为T＝，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＝，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，知r＝，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，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，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。

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(H)和氦核(He)。下列说法中正确的是(　　)

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＝m，得v＝.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 相等，所以周期相等，故B正确；最大动能Ek＝mv2＝ ，则有氦核(He)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。

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