1.4质谱仪与回旋加速器(同步练习）【教学无忧】2022-2023学年高二物理同步精品备课（人教版2019选择性必修第二册）

1.3 带电粒子在匀强磁场中的运动 【基础题组】 1. 如图所示为质谱仪的原理图，一束粒子以速度沿直线穿过相互垂直的匀强电场电场强度为和匀强磁场磁感应强度为的重叠区域，然后通过狭缝垂直进入另一匀强磁场磁感应强度为，最后打在照相底片上的三个不同位置，粒子的重力可忽略不计，则下列说法正确的是(    ) A. 该束粒子带负电 B. 板带负电 C. 粒子的速度满足关系式 D. 在磁感应强度为的磁场中，运动半径越大的粒子，荷质比越小 2. 关于下列四幅图的说法正确的是(  ) 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，可增加电压 B. 图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出极板是发电机的正极，极板是发电机的负极 C. 图丙是速度选择器的示意图，带电粒子不计重力能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是，即 D. 图丁是质谱仪的结构示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝说明粒子的比荷越小    3. 下列说法不正确的是(    ) A. 如图甲所示，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，可增加形盒的半径 B. 如图乙所示，磁流体发电机的结构示意图。可以判断出极板是发电机的负极，极板是发电机的正极 C. 如图丙所示，速度选择器可以判断粒子电性，若带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是，即 D. 如图丁所示，是磁电式电流表内部结构示意图，线圈转过的角度与流过其电流的大小成正比 4. 一束硼离子以不同的初速度，沿水平方向经过速度选择器，从点进入方向垂直纸面向外的匀强偏转磁场区域，分两束垂直打在点正下方的离子探测板上和点，测得，如图甲所示．速度选择器中匀强电场的电场强度为，匀强磁场的磁感应强度为，偏转磁场的磁感应强度为若撤去探测板，在点右侧的磁场区域中放置云雾室，离子运动轨迹如图乙所示．设离子在云雾室中运动时受到的阻力，式中为常数，为离子的电荷量．不计离子重力．求： 硼离子从点射出时的速度大小； 两束硼离子的电荷量之比； 两种硼离子在云雾室里运动的路程之比． 5. 如图所示为回旋加速器的原理示意图，其核心部分是两个靠得非常近的形盒，两盒分别和一交流电源的两极相连，交流电源对粒子的加速电压为，匀强磁场分布在两形盒内且垂直形盒所在平面，磁感应强度为，在形盒中央点处放有粒子源。粒子源放出质量为、带电量为的粒子设粒子的初速度为零被回旋加速器加速，设形盒的最大半径为，求： 交流电源的周期 当粒子在形盒中圆周运动半径为时，通过特定装置将粒子导出，求将粒子导出前粒子被加速的次数 【能力提升】 6. 关于下列四幅课本上的插图的说法正确的是(    ) A. 图甲是速度选择器示意图，由图可以判断出带电粒子的电性，不计重力的粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 B. 图乙是磁流体发电机结构示意图，由图可以判断出极板是发电机的正极 C. 图丙是质谱仪结构示意图，打在底片上的位置越靠近狭缝说明粒子的比荷越大 D. 图丁是回旋加速器示意图，要使粒子飞出加速器时的动能增大，可仅增加电压 7. 如图甲所示为质谱仪的原理示意图，让氢元素三种同位素氕、氘、氚的离子流从容器下方的小孔无初速度飘入电势差为的加速电场。加速后垂直进入磁感应强度为的匀强磁场中。氢的三种同位素的离子最后打在照相底片上，形成、、三条“质谱线”。如图乙所示为回旋加速器的原理图，其核心部分是两个半径均为的中空半圆金属形盒，并处于垂直于盒底的磁感应强度为的匀强磁场中。现接上电压为的高频交流电源后，狭缝中形成周期性变化的电场，使圆心处的带电粒子在通过狭缝时都能得到加速。下列说法正确的是(    ) A. 图甲中氢的三种同位素的离子进入磁场时动能相同 B. 图甲中氢的三种同位素的离子在磁场中运动时间之比为 C. 图乙中越大，带电粒子最终射出形盒时的速度就越大 D. 带电粒子在回旋加速器中能获得的最大动能与加速电压无关 8. 日本福岛核电站的核泄漏事故，使碘的同位素被更多的人所了解．利用质谱仪分析碘的各种同位素．如图所示，电荷量均为的碘和碘质量分别为和它们从容器下方的小孔进入电压为的加速电场入场速度忽略不计，经电场加速后从小孔射出，垂直进入磁感应强度为的匀强磁场中，最后打到照相底片上．下列说法正确的是(    ) A. 磁场的方向垂直于纸面向里 B. 碘进入磁场时的速率为 C. 碘与碘在磁场中运动的时间差值为 D. 打到照相底片上的碘与碘之间的距离为 9. 如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为和，平板上有可让粒子通过的狭缝和记录粒子位置的胶片，平板下方有磁感应强度为的匀强磁场。下列说法正确的是(    ) A. 质谱仪是分析同位素的重要工具 B. 速度选择器中的磁