1.4 质谱仪与回旋加速器-2021-2022高二物理同步精编分层课时专练（人教版2019选择性必修第二册）

高二物理同步精编分层课时专练 第4节　 质谱仪与回旋加速器 一、基础专练 1．质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备，它的构造原理如图所示，离子源S产生的比荷为k的离子束（速度可视为零），经M、N两板间大小为U的加速电压加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点。已知P点到小孔S1的距离为x，匀强磁场的方向垂直纸面向外，则不正确的是（　　） A．M板带正电 B．粒子进入匀强磁场的速度大小为 C．匀强磁场的磁感应强度大小为 D．x相同，对应离子的比荷可能不相等 2．质谱仪的简化原理如图所示。质子在入口处从静止开始被加速，再经匀强磁场偏转后从出口离开磁场，图中虚线表示质子在磁场中的偏转轨迹。若保持加速电压恒定，用该装置加速某种一价正离子，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4倍。下列说法正确的是（　　） A．质子和离子在磁场中运动的时间之比为1：1 B．质子和离子在磁场中运动的时间之比为1：4 C．质子和离子的质量之比为1：4 D．质子和离子的质量之比为1：2 3．如图所示为质谱仪结构简图，质量数分别为40和46的正二价钙离子先经过电场加速（初速度忽略不计），接着进入匀强磁场，最后打在底片上。实际加速电压通常不是恒定值，而是有一定范围。若加速电压取值范围为（U - U，U + U），两种离子打在底片上的区域恰好不重叠，则的值约为（ ） A．0.07 B．0.10 C．0.14 D．0.17 4．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相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能被加速，两个D形金属盒中有垂直于盒面、磁感应强度大小为B的匀强磁场。如图所示，两D形盒间的狭缝很小，粒子穿过狭缝的时间可忽略，两D形盒接在电压为U、频率为f的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在回旋加速器中被加速，下列说法正确的是（　　） A．A处粒子源产生的质子在磁场中运动的周期的一半和高频交流电的周期相等 B．若只增大交流电压U，则质子从回旋加速器中射出时的动能变大 C．若只增大D形盒的半径，则质子从回旋加速器中射出时的动能可能不变 D．若D形盒中磁感应强度大小B增大，则其所接交流电频率f必须增大才能使装置正常工作 5．回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，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（H）和α粒子（He）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小 B．加速氘核和α粒子的交流电源的周期一样大 C．氚核获得的最大动能较小 D．氚核和α粒子获得的最大动能一样大 6．一个用于加速质子的回旋加速器，如图，其D形盒半径为R，垂直指向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。设质子的质量为m、电荷量为q，从静止被加速直到最大速度，则下列说法正确的是（　　） A．D形盒之间交变电场的周期为 B．只要加速时间足够长，则质子的速度可以无限增大 C．加速电压U越大，质子离开加速器时的最大动能就越大 D．加速电压U越大，则获得最大速度需要加速的次数越小 二、提升专练 7．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．质量 B．速度 C．荷质比 D．电荷 8．质谱仪是可以用来分析同位素的装置，如图所示。电容器两极板相距为d，两板间电压为U，极板间匀强磁场的磁感应强度为B1，一束含有（氢核）、（氘核）、氦核）的粒子束沿电容器的中线平行于极板射入电容器，沿直线穿过电容器后从O点进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场，结果分别打在感光片上的a、b两点，不计重力。则以下分析正确的是（　　） A．速度选择器中的磁场B1方向垂直纸面向外 B．粒子进入匀强磁场B2时的速度 C．打在a点的粒子中有粒子 D．粒子打在a、b两点间的距离等于Ob间距离的一半 9．如图所示，水平平行金属板之间有水平向里的匀强磁场和竖直方向的匀强电场（未画出），竖直挡板右侧有水平向外的匀强磁场，为挡板上的一个小孔。一些离子正对着孔水平射入金属板之间，其中有两个离子沿虚线轨迹运动，最终分别打在挡板上的和处，，由此可判定（　　） A．金属板间的匀强电场方向竖直向下 B．打在和处的两个离子都带正电荷 C．