1.4 质谱仪与回旋加速器（分层作业）-【上好课】高二物理同步备课系列（人教版2019选择性必修第二册）

第4节 质谱仪与回旋加速器 1、 质谱仪 1． 质谱仪测定带电粒子质量的装置示意图如图所示。速度选择器(也称滤速器)中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直于纸面向外。在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1射入速度选择器中，若m甲＝m乙<m丙＝m丁，v甲<v乙＝v丙<v丁，在不计重力的情况下，打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是(　　) A．甲、乙、丙、丁　　　　　 B．甲、丁、乙、丙 C．丙、丁、乙、甲 D．甲、乙、丁、丙 2．质谱仪的工作原理示意图如图所示。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内正交的匀强磁场和匀强电场的磁感应强度和电场强度分别为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．该带电粒子带负电 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里 C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大 2、 回旋加速器 3.(多选)一个用于加速质子的回旋加速器,其核心部分如图所示,D形盒半径为R,垂直于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,则下列说法正确的是(　　) A.D形盒之间交变电场的周期为 B.质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大 C.质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大 D.质子离开加速器时的最大动能与R成正比 4．1932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形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是(　　) A．离子从磁场中获得能量 B．电场的周期随离子速度增大而增大 C．离子由加速器的中心附近进入加速器 D．当磁场和电场确定时，这台加速器仅能加速电荷量q相同的离子 5．一种改进后的回旋加速器示意图如图所示。在两个中空的半圆金属盒内，位于D形盒一侧有一长度较小、宽度忽略不计的窄缝A、C，其间的加速电场场强大小恒定，电场被限制在A、C间，与A、C平行的两虚线之间无电场。D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的磁场做匀速圆周运动。恰好从P0点再进入加速电场加速，如此对粒子多次加速。对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是(　　) A．加速电场的方向需要做周期性的变化 B．加速后粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关 C．带电粒子每运动一周被加速一次 D．带电粒子每运动一周直径的变化量相等，即P1P2等于P2P3 6．带正电的甲、乙、丙三个粒子(不计重力)分别以速度v甲、v乙、v丙垂直射入电场和磁场相互垂直的复合场中，其轨迹如图所示，则下列说法正确的是(　　) A．v甲<v乙<v丙 B．v甲＝v丙<v乙 C．电场力对丙做正功，动能增大 D．电场力对甲做正功，动能增大 7．[多选]如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m、电荷量为q的质子，质子每次经过电场区时，都恰好在电压为U时被加速，且电场可视为匀强电场，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出。下列说法正确的是(　　) A．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高，质子的能量E将越大 B．磁感应强度B不变，若加速电压U不变，D形盒半径R越大，质子的能量E将越大 C．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高，质子在加速器中的运动时间将越长 D．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高，质子在加速器中的运动时间将越短 8．回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒的交流电压为U，静止质子经电压U加速后，进入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B，质子质量为m，电荷量为e。求： (1)质子最初进入D形盒的动能为多大； (2)质子经回旋加速器最后得到的动能为多大； (3)交流电源的频率是多少。 9.质谱仪的示意图如图所示，在容器A中存在若干种电荷量相同而质量不同的带电粒子，它们可从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，它们的初速度几乎为0，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。若这些粒子中有两种电荷量均为q、质量分别为m1和m2的粒子(m1<m2)。 (1)分别求出两种粒子进入磁场时的速度v1、v2的大小； (2)求这两种粒子在磁场中运动的轨迹半径之比； (3)求两种粒子打到照相底片上的位置间的距离。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$ 第4节 质谱仪与回旋加速器 1、 质谱仪 1． 质谱仪测定带电粒子质量的装置示意图如图