专题15 质谱仪与回旋加速器（四个考点）-2022-2023学年下学期高二物理期中核心考点专题练（人教版）

专题15质谱仪与回旋加速器（四个考点）-2022-2023学年下学 期高二物理期中核心考点专题练（人教版） 【考点目录】 一.质谱仪（共2小题） 二.回旋加速器（共6小题） 三.磁流体发电机（共2小题） 四.霍尔效应（共7小题） 【专题练习】 一.质谱仪（共2小趣） (多选)1，(2022春·虎丘区校级期中)如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图，此质 谱仪由以下几部分构成：离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器。加速电 场的加速电压为U,静电分析器通道中心线半径为R,通道内有均匀辐射电场，在中心 线处的电场强度大小为E:磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度为B的匀强 磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为q 的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线MN 做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器。下列说法正 确的是() 壁分析器 静电分析器 加速电场 0 西收集器 固离 A.磁分析器中匀强磁场方向垂直于纸面向内 B.磁分析器中圆心O2到Q点的距离d=,2mR BV a C.静电分析器通道中心线半径为R= 2U E D.不同粒子经相同的加速压U加速后都可以沿通道中心线安全通过静电分析器 2.(2022春·崇川区校级期中)如图所示为一种质谱仪的示意图，该质谱仪由速度选择 器、静电分析器和磁分析器组成。若速度选择器中电场强度大小为E1,磁感应强度大小 为B1、方向垂直纸面向里，静电分析器通道中心线为一圆弧，圆弧的半径（OP）为R， 通道内有均匀辐射的电场，在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器中有范围足够大 的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外。一带电粒子以速度v沿 直线经过速度选择器后沿中心线通过静电分析器，由Р点垂直边界进入磁分析器，最终 打到胶片上的Q点，不计粒子重力。下列说法正确的是（ A．速度选择器的极板P_1的电势比极板P_2的低 C.粒打的比荷为一 D.P、Q两点间的距离为 二回旋加速器（共6小题） 3.（2022春广陵区校级期中）如图为一种改进后的回旋加速器示意图，加速电场场强大 小恒定，且被限制在AC板间，虚线中间不需加电场，如图所示，带电粒子从P_0处以速 度v_0沿电场方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动， 下列说法正确的是（） A．带电粒子每运动一周被加速两次 B.右侧相邻圆弧间距离P_1P_2>P_2P_3 C．加速电场方向需要做周期性的变化 D.粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关 4.(2022春·太仓市校级期中)加速器在核物理和粒子物理研究中发挥着巨大的作用，回 旋加速器是其中的一种。图1为回旋加速器的工作原理图。D1和D2是两个中空的半圆 金属盒，分别和一高频交流电源两极相连。两盒处于磁感应强度为B的匀强磁场中，磁 场方向垂直于盒面位于D1盒圆心附近的A处有一个粒子源，产生质量为m、电荷量为+ q的带电粒子。不计粒子的初速度、重力和粒子通过两盒间的缝隙的时间，加速过程中 不考虑相对论效应。 (1)求所加交流电源的频率「。 (2)若已知半圆金属盒的半径为R,请估算粒子离开加速器时获得的最大动能Em。 (3)某同学在分析带电粒子运动轨迹时，画出了如图2所示的轨迹图，他认为相邻轨迹 间距△d是相等的。请通过计算分析该轨迹是否合理，若不合理，请你画出合理的轨迹 示意图。 △d △d Ad 图1 图2 5.(2022春·如皋市期中)跑道式回旋加速器工作原理如图所示两个匀强磁场区域I、Ⅱ 的边界平行，相距L,磁感应强度大小均为B、方向垂直纸面向里。P、Q之间存在匀强 加速电场，场强大小为E,方向与磁场边界垂直。一质量为m、电荷量为+q的粒子从P 飘入电场（初速度不计），多次经过电场加速和磁场偏转后，从位于边界上的出射口K 引出。已知K、Q的距离为d,不计粒子重力。求整个运动过程中粒子： (1)运动的最大速率v: (2)在电场中的加速次数N; (3)做变速运动的总时间t。 + + 磁场区域1 磁场区域口 XB× id ×B× + + + 匀强电场E 6.(2022春·吴中区校级期中)回旋加速器的工作原理示意图如图所示。D1和D2是中空的 两个D形金属盒，分别与一高频交流电源两极相接，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂 直于盒底面，粒子源置于盒的圆心A附近。两盒间的狭缝很小，粒子在两盒间被电场加 速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响，粒子在D形盒内做匀速圆周运动， 当其到达两盒间的缝隙时，其间的交变电场恰好使粒子被加速。下列说法正确的是 () A.回旋加速器所接交变电压的频率等于带电粒子做匀速圆周运动频率的一半 B.若要增大带电粒子的最大动能，可通过增大交变电压峰