课后提升练(六) 质谱仪与回旋加速（Word练习）-【优化指导】2022-2023学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

课后提升练(六)　质谱仪与回旋加速器 [对应学生用书P113] 1．(多选)(2022·河南许昌高二期末)如图所示是质谱仪的工作原理示意图。三个带电粒子先后从容器A正下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，其初速度大小都几乎为零，然后都竖直向下经过加速电场从小孔S2离开，再从小孔S3沿着与磁场垂直的方向竖直向下进入水平向外的匀强磁场中，最后打到照相底片D上的不同位置。整个装置放在真空中，不计带电粒子的重力和粒子之间的相互作用力。根据图中三个带电粒子在质谱仪中的运动轨迹，下列说法正确的是(　　) A．带电粒子均带正电荷 B．加速电场的电场强度方向竖直向下 C．三个带电粒子的比荷一定相同 D．三个带电粒子的电荷量一定不相同，而质量一定相同 AB　解析：由左手定则可知，带电粒子均带正电荷，A正确；带电粒子加速到小孔S2，且带电粒子均带正电荷，故加速电场的电场强度方向竖直向下，B正确；由Bqv＝m可知＝，因此三个带电粒子的比荷不一定相同，C错误；三个带电粒子的电荷量不一定相同，而质量也不一定相同，D错误。 2．(2022·河南洛阳高二期末)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，其中加速电压恒定，磁场的磁感应强度为B，质子在入口处从静止开始被电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场，若换作α粒子(带正电，电荷量为质子的2倍，质量为质子的4倍)在入口处从静止开始被同一电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度改变为(　　) A．B B．B C．2B D．B B　解析：粒子在加速电场中加速，由动能定理得qU＝mv2－0，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得qvB＝m，解得B＝，α粒子与质子所需的磁感应强度之比＝＝，即Bα＝B，B正确，A、C、D错误。 3．(多选)中国原子能科学研究院从1988年开始研究，经过艰苦卓绝的努力，于1996年自主研发出第一台回旋加速器。下列关于回旋加速器工作原理的说法正确的是(　　) A．粒子只会在电场中加速，因此电压越大，粒子的最大动能越大 B．粒子在磁场中只是改变方向，因此粒子的最大动能与磁感应强度无关 C．粒子的最大动能与D形盒的半径有关 D．若忽略粒子在电场中运动的时间，且电场的变化周期与粒子的运动周期相等，则粒子可以多次加速 CD　解析：根据qvB＝m，可知v＝，则带电粒子离开回旋加速器时获得动能为Ek＝mv2＝，故最后的动能与磁场强度B有关，与D形盒的半径有关，与电场无关，A、B错误，C正确；若忽略粒子在电场中运动的时间，且电场的变化周期与粒子在磁场中运动的周期相等，则每次粒子进入电场时都会在静电力作用下进行加速，即粒子可以多次加速，D正确。 4．(2022·陕西咸阳高二期末)如图所示，有三个离子沿图中虚线轨迹运动，最终分别打在挡板上的P1、P2和P3处，由此可判定(　　) A．三个离子速率的大小关系为v1>v2>v3 B．三个离子速率的大小关系为v1<v2<v3 C．三个离子比荷的大小关系为＝＝ D．三个离子比荷的大小关系为>> D　解析：在平行板间，静电力和洛伦兹力平衡，有qE＝qvB1，由此可知，三个粒子速率的大小相等，A、B错误；根据洛伦兹力提供向心力有qvB2＝，解得＝，即轨迹半径越大，比荷越小，由图可以发现R1<R2<R3，故有>>，C错误，D正确。 5．(多选)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。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B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是(　　) A．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 B．速度选择器中磁场的方向垂直纸面向外 C．质谱仪是一种可测定带电粒子比荷的仪器 D．打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大 BCD　解析：在速度选择器中，静电力和洛伦兹力平衡，有qE＝qvB，解得v＝，A错误；根据带电粒子在磁场中的偏转方向，由左手定则可知，该粒子带正电，因此在速度选择器中静电力水平向右，洛伦兹力水平向左，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外，B正确；进入偏转磁场后，有qvB0＝m，解得＝，可知质谱仪是可以测定带电粒子比荷的仪器，C正确；由C中的表达式可知，越靠近狭缝P，r越小，比荷越大，D正确。 6．(2022·江苏六合高级中学高二期末)如图所示为回旋加速器的示意图，两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A处开始加速。已知D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子的质量为m、电荷量为q，下列说法正确的是(　　) A．质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压