1.4 质谱仪和回旋加速器-2022-2023学年高二物理课后对点练习（2019人教版选择性必修第二册）

1.4 质谱仪和回旋加速器 一、质谱仪 1．（2022·湖北·黄冈中学高一期中）质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具。图中的铅盒A中的放射源放出大量的带正电粒子（可认为初速度为零），从狭缝进入电压为U的加速电场区加速后，再通过狭缝从小孔G垂直于MN射入偏转磁场，该偏转磁场是以直线MN为切线、磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外半径为R的圆形匀强磁场，现在MN上的F点（图中未画出）接收到该粒子，且，则该粒子的比荷为（粒子的重力忽略不计）（　　） A． B． C． D． 2．（2022·山东省青岛第十九中学高二期中）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． 3．(多选)（2022·贵州·遵义市第十三中学高二期中）质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子（不计重力）经同一电场加速后，垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子的质量，其工作原理如图所示，虚线为粒子的运动轨迹，则下列说法正确的是（　　） A．此粒子带负电 B．下极板的电势比上极板的电势低 C．若只增大加速电压U的值，则半径r变大 D．若只增大入射粒子的质量，则半径r变小 4．（多选）（2022·全国·高三课时练习）某种质谱仪的工作原理示意图如图所示。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源；P、Q间电压恒为的加速电场；静电分析器，即中心线半径为的四分之一圆形通道，通道内有均匀辐射电场，方向沿径向指向圆心，且与圆心等距的各点电场强度大小相等；磁感应强度为的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外。当有粒子打到胶片上时，可以通过测量粒子打到上的位置来推算粒子的比荷，从而分析粒子的种类及性质。由粒子源发出的不同种类的带电粒子，经加速电场加速后从小孔进入静电分析器，其中粒子和粒子恰能沿圆形通道的中心线通过静电分析器，并经小孔垂直磁场边界进入磁场，最终打到胶片上，其轨迹分别如图中的和所示。忽略带电粒子离开粒子源时的初速度，不计粒子所受重力以及粒子间的相互作用。下列说法中正确的是（　　） A．粒子可能带负电 B．若只增大加速电场的电压，粒子可能沿曲线运动 C．粒子经过小孔时速度大于粒子经过小孔时速度 D．打到胶片上的位置距离点越远的粒子，比荷越小 5．（2022·全国·高三课时练习）质谱仪是一种测量带电粒子的质量及分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源S产生的各种不同正离子束（初速度可视为零），经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x。 （1）设离子质量为m，电荷量为q，加速电压为U，磁感应强度大小为B，求x的大小； （2）氢的三种同位素、、从离子源S出发，到达底片的位置距S1的距离之比xH：xD：xT为多少？ 6．（2022·北京市第十三中学高三阶段练习）如图所示，P、Q两平行金属板间存在着平行于纸面的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，两板间的距离为d，电势差为U；金属板下方存在一有水平边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为。电荷量为q的带正电的粒子，以速度v垂直于电场和磁场匀速通过P、Q两金属板间，并沿垂直磁场方向进入金属板下方的磁场，做半径为R的匀速圆周运动。不计两极板电场的边缘效应及粒子所受的重力。求： （1）P、Q两金属板间匀强磁场磁感应强度的大小； （2）粒子的质量m。 二、回旋加速器 7．（多选）（2008·广东·高考真题）1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形合D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是 A．离子由加速器的中心附近进入加速器 B．离子由加速器的边缘进入加速器 C．离子从磁场中获得能量 D．离子从电场中获得能量 8．（2022·江苏省天一中学高二期中）回旋加速器原理如图所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略；磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U。若A处粒子源产生质子的质量为m、电荷量为+q，在加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。则下列说法正确的是（　　） A．带电粒子由加速器的边缘进入加速器 B．被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大 C．质子离开回旋加速器时的最大动能与D形盒半径成正比 D．该加速器加速质量为4m、电荷量为2q的粒子时，交流电频率应变为 9．（2022·贵州·遵义市第十三中