1.4 质谱仪与回旋加速器-2022-2023学年高二物理下学期同步学案+典例+练习（人教版2019选择性必修第二册）

1.4 质谱仪与回旋加速器 基础知识梳理 一、质谱仪 1．质谱仪构造：主要构件有 、 和照相底片． 2．运动过程 (1)带电粒子经过电压为U的加速电场加速，qU＝ . (2)垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做 运动，r＝ ，可得r＝ . 3．分析：从粒子打在底片D上的位置可以测出圆周的半径r，进而可以算出粒子的 ． 二、回旋加速器 1．回旋加速器的构造：两个D形盒，两D形盒接 电源，D形盒处于垂直于D形盒的 中。 2．工作原理 (1)电场的特点及作用 特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在 变化的电场． 作用：带电粒子经过该区域时 ． (2)磁场的特点及作用 特点：D形盒处于与盒面垂直的 中． 作用：带电粒子在 作用下做 运动，从而改变运动 ，半个圆周后再次进入电场． 典型例题分析 考点一：质谱仪 【例1】质谱仪原理如图所示。电荷量为q、质量m的离子从容器A下方的狭缝S1飘入（初速度视为零）电压为U的加速电场区，然后从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，最终到达照相底片D上，则离子在磁场中的轨道半径为（　　） A． B． C． D． 【变式练习】 1．如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场磁感应强度为B和匀强电场（电场强度为E）组成的速度选择器，然后粒子通过平板上的狭缝进入另一匀强磁场（磁感应强度为），最终打在上，下列表述正确的是（　　） A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里 B．所有打在上的粒子，在磁感应强度为的磁场中的运动时间都相同 C．能通过狭缝的带电粒子的速率等于 D．粒子打在的位置越靠近，粒子的比荷越小 2．如图所示，平行板电容器所带电荷量为Q，一个静止的质量为m、电荷量为q的粒子(重力忽略不计)，从A点出发经电场加速后，垂直于磁感应强度方向进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，粒子打到P点，如果适当调整板间距离d，保持其他条件不变，用x表示OP间的距离，则能正确反映x与d之间关系的是(　　) A．x与d成反比 B．x与成反比 C．x与成正比 D．x与成正比 考点二：磁流体发电机 【例2】磁流体发电是一项新兴技术，它可以把物体的内能直接转化为电能，如图所示是其原理示意图，平行金属板、间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，、两板间便产生电压，如果把、板和用电器连接，金属板、就相当于直流电源的两个电极。则（　　） A．强磁场对正离子做正功 B．强磁场对负离子做正功 C．金属板相当于直流电源的正极 D．金属板相当于直流电源的正极 【变式练习】 1．目前世界上正研究的一种新型发电机叫磁流体发电机，如图所示表示它的发电原理：将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的粒子，而从整体来说呈中性）沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就聚集了电荷。在磁极配置如图中所示的情况下，下列说法正确的是（　　） A．A板带正电 B．有电流从经用电器流向 C．金属板A、B间的电场方向向下 D．等离子体发生偏转的原因是离子只受洛伦兹力 2．磁流体发电是一项新兴技术，如图所示是磁流体发电机的示意图。平行金属板P、Q之间有一个很强的匀强磁场，磁感应强度大小为。将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）垂直于的方向喷入磁场，每个离子的速度都为v，电荷量大小都为，P、Q两板间距为，稳定时下列说法中正确的是（　　） A．带正电的粒子向P板偏转 B．图中P板是电源的正极 C．电源的电动势为 D．电源的电动势为 考点三：粒子在回旋加速器中的最大动能 【例3】回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，重力不计，下列说法中正确的是（　　） A．增加交流电的电压 B．减小磁感应强度 C．改变磁场方向 D．增大加速器的半径 【变式练习】 1．如图所示的两个半径为R的半圆形中空金属盒、置于真空中，两盒间留有一狭缝；在两盒的狭缝处加上大小为U的高频交变电压，空间中存在着磁感应强度大小为B、方向垂直向上穿过盒面的匀强磁场。从粒子源P引出质量为m、电荷量为q的粒子，粒子初速度视为零，在狭缝间被电场加速，在