§1.４　质谱仪与回旋加速器 （备作业）-【上好课】2021-2022学年高二物理同步备课系列（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.如图所示，下列说法正确的是(　　) A.图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，增加电压U即可 B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出A极板是发电机的负极，B极板是发电机的正极 C．图丙是速度选择器，带电粒子(不计重力且只受电场和磁场的作用)能够从右向左沿直线匀速通过速度选择器 D．图丁是质谱仪的工作原理示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝S3，粒子的比荷越小 【答案】B 【解析】根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径公式：r＝，则有：v＝，故最大动能为：Ekm＝mv2＝，与加速电压无关，故A错误；由左手定则知正离子向下偏转，所以下极板带正电，A板是发电机的负极，B板是发电机的正极，故B正确；若带电粒子从右侧射入，若是正电荷，所受的电场力和洛伦兹力均向下，向下偏转；若是负电荷，所受的电场力和洛伦兹力均向上，向上偏转，知粒子不可能沿直线穿过场区，故C错误；根据洛伦兹力提供向心力有qvB＝m，则＝，知粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S3，粒子的半径R越小，比荷越大，故D错误。 故选B。 ２.质谱仪测定带电粒子质量的装置示意图如图所示。速度选择器(也称滤速器)中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直于纸面向外。在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1射入速度选择器中，若m甲＝m乙<m丙＝m丁，v甲<v乙＝v丙<v丁，在不计重力的情况下，打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是(　　) A．甲、乙、丙、丁　　　　　　　B．甲、丁、乙、丙 C．丙、丁、乙、甲　　　　　　　D．甲、乙、丁、丙 【答案】B 【解析】对打在P1点的离子，有qvB1<qE，v最小，故为甲离子；对打在P2点的离子，有qvB1>qE，v最大，故为丁离子；打在P3点的离子与打在P4点的离子相比，r3<r4，由r＝，又v乙＝v丙，可知打在P3点的离子的小，即为乙离子，故选项B正确。 故选B。 ３．根据电、磁场对运动电荷的作用规律我们知道，电场可以使带电粒子加(或减)速，磁场可以控制带电粒子的运动方向。回旋加速器，图示的质谱仪都是利用以上原理制造出来的高科技设备，如图中的质谱仪是把从S1出来的带电量相同的粒子先经过电压U使之加速，然后再让它们进入偏转磁场B，这样质量不同的粒子就会在磁场中分离。下述关于回旋加速器，质谱仪的说法中错误的是(　　) A.经过回旋加速器加速的同种带电粒子，其最终速度大小与高频交流电的电压无关 B．经过回旋加速器加速的同种带电粒子，其最终速度大小与D形盒上所加磁场强弱有关 C．图示质谱仪中，在磁场中运动半径大的粒子，其质量也大 D．图示质谱仪中，在磁场中运动半径大的粒子，其电荷量也大 【答案】D 【解析】根据qvB＝，解得v＝，则粒子的最终速度与交流电压无关，与D形盒上所加的磁场强弱有关。故A、B正确。根据qvB＝得r＝ ，根据qU＝mv2得，v＝，则r＝，则在磁场中运动半径大的粒子，其电荷量小，其质量大，故C正确，D错误。 故选D。 ４．如图所示的平行板器件中。电场强度E和磁感应强度B相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子从P孔射入后发生偏转的情况不同。利用这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫作速度选择器。若正离子(不计重力)以水平速度v＝射入速度选择器，则(　　) A．正离子从P孔射入后，能沿着图示虚线路径通过速度选择器 B．正离子从Q孔射入后，能沿着图示虚线路径通过速度选择器 C．仅改变离子的电性，负离子从P孔射入后，不能沿图示虚线路径通过速度选择器 D．仅改变离子的电量，正离子从P孔射入后，不能沿图示虚线路径通过速度选择器 【答案】A 【解析】正离子从P孔射入，电场力方向竖直向下，大小为qE，洛伦兹力方向竖直向上，大小F＝qvB＝qE，两个力平衡，粒子做匀速直线运动，故A正确；正离子从Q孔射入，电场力方向竖直向下，洛伦兹力方向竖直向下，两个力不能平衡，将向下偏转，故B错误；改变离子的电性，从P孔射入，电场力和洛伦兹力都反向，仍然平衡，做匀速直线运动，故C错误；电场力与洛伦兹力平衡时，与电量无关，从P孔射入，只要速度满足条件，都能保持平衡，故D错误。所以A正确，B、C、D错误。 故选A。 ５．2019年我国研制出了世界上最大的紧凑型强流质子回旋加速器，该回旋加速器是我国目前自主研制的能量最高的质子回旋加速器。如图所示为回旋加速器原理示意图，现将两个相同的回旋加速器置于相同的匀强磁场中，接入高频电源。分别加速氘核和氦核，下列说法正确的是(　　) A.它们在磁场中运动的周期相同 B．它们的最大速度不相等 C．两次所接高频电源的频率不相同 D．仅增大高频电