课时作业（五） 质谱仪和回旋加速器-【状元桥·优质课堂】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

课时作业（五） 质谱仪和回旋加速器 答案精解P17 (建议用时：40分钟) [基础训练] 题组一质谱仪 1.如图所示是质谱仪示意图，它可以测定单个离 子的质量，图中离子源S产生带电荷量为q的 A进入磁场时速度从大到小排列的顺序是 离子，经电压为U的电场加速后垂直射入磁 气氘、氘 感应强度为B的匀强磁场中，沿半圆轨道运 B.进入磁场时速度从大到小排列的顺序是 动到记录它的照相底片P上，测得它在P上 氚、氘、气 的位置与A处水平距离为d,则该离子的质量 C.α、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、 m大小为 氘、氚 D.a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氚、 氘、气 题组二回旋加速器 A.9BPde B.qBede 8U 4U 4.如图所示为回旋加速器的工作原理示意图，D C.gBede D.Bd 形金属盒置于真空中，半径为R,两金属盒间 2U U 的狭缝很小，磁感应强度大小为B的匀强磁 2.质谱仪主要由加速电场和 场与金属盒盒面垂直，高频交流电的频率为 偏转磁场组成，其原理图如 f,加速电压为U,若中心粒子源处产生的初速 图示.设想有一个静止的 度为0的质子（质量为m,电荷量为十e)在加 带电粒子P(不计重力)，经 速器中被加速.不考虑相对论效应，则下列说 电压为U的电场加速后，垂直进入磁感应强 法正确的是 度为B的匀强磁场中，最后打到底片上的D 点，设OD=x,则图中能正确反映x2与U之 间函数关系的是 接交流中源 A.加速的粒子获得的最大动能随加速电压U 的增大而增大 B.不改变磁感应强度B和交流电的频率f,该 3.(多选)质谱仪是测量带电粒子的质量和分析 加速器一定可加速其他带正电荷的粒子 同位素的重要工具.如图所示为质谱仪的原理 C.质子被加速后的最大速度不能超过2πRf 示意图，现利用这种质谱仪对氢元素进行测 D.质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后 量.氢元素的各种同位素从容器A下方的小 轨道半径之比为2：1 孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场， 5.（多选)在回旋加速器中 ) 加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场 A.电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒 中.氢的三种同位素最后打在照相底片D上， 子回旋 形成a、b、c三条“质谱线”.关于三种同位素进 B.电场和磁场同时用来加速带电粒子 入磁场时速度的排列顺序以及a、b、c三条“质 C.在磁场一定的条件下，回旋加速器的半径 谱线”的排列顺序，下列判断正确的是() 越大，则同一带电粒子获得的动能越大 ·102 D.同一带电粒子获得的最大动能只与交流电 8.回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒的 压的大小有关，而与交流电压的频率无关 交流电压为U,静止质子经电场加速后，进人 6.1932年，劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加 D形盒，其最大轨道半径为R,磁场的磁感应 速器.回旋加速器的工作原理如图所示，置于 强度为B,质子质量为.问： 高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭 (1)质子最初进入D形盒的动能为多大？ 缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计. (2)质子经回旋加速器飞出后得到的动能为 磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直.A 多大？ 处粒子源产生的粒子，质量为、电荷量为 (3)交流电源的频率是多少？ 十q,在加速器中被加速，加速电压为U.加速 过程中不考虑相对论效应和重力作用.求粒子 第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道 半径之比 XXXXX 门处 绥安流比源 9.如图所示，在xOy直角坐标系中，第I象限内 分布着方向垂直纸面向里的匀强磁场，第Ⅱ象 限内分布着方向沿y轴负方向的匀强电场.初 速度为零、带电荷量为十q、质量为m的粒子 经过电压为U的电场加速后，从x轴上的A 点垂直于x轴进入磁场区域，经磁场偏转后过 y轴上的P点且垂直于y轴进入电场区域，在 电场中偏转并击中x轴上的C点.已知OA [能力提升] OC=d.求电场强度E和磁感应强度B的大 小.（粒子的重力不计》 7.现代质谱仪可用来分析比 质子重很多倍的离子，其 × 示意图如图所示，其中加 酸场 速电压恒定.质子在人口加速电场 处从静止开始被加速电场 出川 加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场.若 某种一价正离子在人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 ·103线于O点，O即为圆心，a为弦切角，因AE=2BE=2d,所以 旋加速器的半径越大，粒子获得的动能越大，与交流电压无关， a=30°. 选项C正确，D错误。 6.解析设粒子第1次经过狭缝后的半径为1，速度为，则有 2 mvi,qo B=mvi 9U-1 1 2mU 0为圆孤轨迹的圆心