课时04 质谱仪与回旋加速器（基础练）-2020-2021学年高二物理十分钟同步课堂专练（新教材人教版选择性必修第二册）

第4课时 质谱仪与回旋加速器 第一章 安培力与洛伦兹力 一、单选题 1． (2016·全国卷Ⅰ)现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子,其示意图如图所示,其中加速电压恒定.质子在入口处从静止开始被加速电场加速,经匀强磁场偏转后从出口离开磁场.若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增加到原来的12倍.此离子和质子的质量比约为 (　　) A.11 B.12 C.121 D.144 【答案】 D 【解析】 离子在电场中加速时,有qU=mv2;离子在磁场中做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律有qvB=m;联立以上两式得m=.由题意知,正离子的电量与质子的相等,加速电压U相同,在磁场中运动的轨道半径R相同,所以m∝B2,当磁感应强度增加到原来的12倍时,离子的质量是质子质量的144倍,故D正确. 故选D。 2． (2019·吉林实验中学模拟)利用质谱仪可以分析同位素,如图所示,电荷量均为q的同位素碘131和碘127质量分别为m1和m2,从容器A下方的小孔S1进入电势差为U的电场,初速度忽略不计,经电场加速后从S2射出,垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片D上.则照相底片上碘131和碘127与S2之间的距离之比为 (　　) A. B. C. D. 【答案】D 【解析】粒子在电场中加速时,有:qU=mv2;设粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为R,则有:Bqv=m;联立以上两式解得:R=,所以它们的距离之比为,故C正确. 故选D。 3．(2019·辽宁葫芦岛调研)在高能物理研究中,回旋加速器起着重要作用,其工作原理如图所示.D1和D2是两个中空、半径固定的半圆金属盒,它们之间有一定的电势差,两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中;中央O处的粒子源产生的α粒子,在两盒之间被电场加速,α粒子进入磁场后做匀速圆周运动.忽略α粒子在电场中的加速时间,不考虑相对论效应,下列说法正确的是 (　　) A.α粒子在磁场中运动的周期越来越大 B.α粒子运动半个圆周之后,电场的方向不必改变 C.磁感应强度越大,α粒子离开加速器时的动能就越大 D.两盒间电势差越大,α粒子离开加速器时的动能就越大 【答案】C 【解析】　α粒子在磁场中运动的周期T=,与速度的大小无关,所以α粒子运动的周期不变,故A错误;α粒子运动半个圆周之后,原电场的方向与运动方向相反,为了加速粒子,电场的方向必须改变,故B错误;由qvB=得:v=,粒子的最大动能为:E km=mv2=,故磁场越强,α粒子离开加速器时的动能就越大,与加速电压的大小无关,故C正确,D错误. 故选C。 4．(2019·湖北武汉联考)如图所示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AC板间,虚线中间不需加电场,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.图中P1、P2、P3、P4间距满足关系P1P2=P3P4 C.加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关 D.加速电场方向需要做周期性的变化 【答案】C 【解析】带电粒子只有经过AC板间时才被加速,即带电粒子每运动一周被加速一次,且电场的方向没有必要改变,故选项A、D错误;根据轨道半径公式r=得P1P2=2(r2-r1)=,因为每转一圈被加速一次,根据-=2ad知,每转一圈,速度的变化量不等,且v3-v2<v2-v1,则P1P2>P3P4,故选项B错误;当粒子从D形盒中出来时,速度最大,根据r=知,加速粒子的最大速度与D形盒的半径有关,故选项C正确. 故选C。 二、多选题 5．(2019·陕西宝鸡二模)(多选)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.两次所接高频电源的频率相同 D.增大高频电源的电压可增大粒子的最大射出动能 【答案】BC 【解析】　A图，由左手定则可知，导体棒受到竖直向下的安培力作用，导体棒所受合力不可能为0，选项A错误；B图中的导体棒受到的安培力水平向右，导体棒所受合力可能为0，选项B正确；C图中的导体棒受到的安培力方向沿斜面向上，导体棒所受合力可能为0，选项C正确；D图中的导体棒受到的安培力方向沿斜面向下，导体棒受到的合力不可能为0，选项D错误． 故选BC。 6．(多选)如图是磁流体发电机的示意图,在间距为d的平行金属板A、C间,存在磁感应强度大小为