假期作业（四）质谱仪与回旋加速器-2024年新教材高二物理暑假必刷题【高考解码·过好假期每一天】

1高二物理 假期作业（四） 质谱仪与回旋加速器 摘要 1.知道质谱仪的工作原理， 》>》厚积薄发·勤演练 ((( 2.知道回旋加速器的工作原理. 一、单选题 1.质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的 >> 有问必答·固双基 (((( 重要工具.如图所示，一带电粒子从容器下方的 1.质谱仪的用途是什么？ 小孔S,飘人电势差为U的加速电场，然后经 S3沿着与磁场方向垂直的方向进人磁感应强 度为B的匀强磁场中，最后打在照相底片D 2.回旋加速器的加速条件是什么？ 上，测得该粒子在磁场中运动的轨道半径为「， 则该粒子的比荷（品）为 >>> 典例精析·拓思维 ((( 0 【例】质谱仪是一种测定带电粒子的质量及分析同 iS. 位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源 S. S产生的各种不同正离子束（速度可看成为零），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S的距离为x 2U A, B.B2 2U c U D.28 S+ 2.如图所示，一回旋加速器D m、g© 型盒的半径为R,两盒间的 距离为d,匀强磁场的磁感 s▣ 应强度大小为B,高频电场 (1)设离子质量为m、电荷量为q、加速电压为 的电压为U.若被加速的粒 同旋加迷器的D型念 U、磁感应强度大小为B,求x的大小； 子质量为m,电量为q,不考 (2)氢的三种同位素H、H、3H从离子源S出 虑粒子从粒子源射出时的能量，则下列说法正 发，到达照相底片的位置距入口处S,的距离之 确的是 比xH:xD:xT为多少？ A.高频电压的频率跟粒子运动的速度有关 【解析】(1)离子在电场中被加速时，由动能定 B.粒子的最大速度跟电压U成正比 理gU=之mw C.粒子的最大动能跟回旋加速次数有关 D.粒子的最大动能跟D型盒半径R有关 进入磁场时洛伦滋力提供向心力，qB=m 3.如图所示，图甲为磁流体发电机原理示意图，图 乙为质谱仪原理图，图丙和图丁分别为多级直 又x=2r, 线加速器和回旋加速器的原理示意图，忽略粒 由以上三式得x=\ 子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间，下列说 法正确的是 ( (2)氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由 (1)结果知， 按中，场二二士 A TH ED IT=mH mp mT =1:v2 √5. 【嘴灯后 图乙 (2)1:√2：3 【规律方法】电场和磁场都能对带电粒子施加影 响，电场既能使带电粒子加速，又能使带电粒子偏 转：磁场虽不能使带电粒子速率变化，但能使带电 粒子发生偏转 图丙 6 假期作业（四） A.图甲中，将一束等离子体喷入磁场，A、B板 通道内有均匀辐射电场，方向沿径向指向圆心 间产生电压，A板电势高 O,且与圆心O等距的各点电场强度大小相等： B.图乙中，H、H、H三种粒子经加速电场射 磁感应强度为B的有界匀强磁场，方向垂直纸 入磁场，H在磁场中的偏转半径最大 面向外，当有粒子打到胶片M上时，可以通过 C.图丙中，加速电压越大，粒子获得的能量越 测量粒子打到M上的位置来推算粒子的比荷， 高，比回旋加速器更有优势 从而分析粒子的种类以及性质.由粒子源N发 D.图丁中，随着粒子速度的增大，交变电流的频 出的不同种类的带电粒子，经加速电场加速后 率也应该增大 从小孔S1进入静电分析器，其中粒子a和粒子 4.如图所示，速度选择器中 b恰能沿圆形通道的中心线通过静电分析器，并 匀强电场的电场强度为 经小孔S2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S1S2a和S1S2b所 E,匀强磁场的磁感应强度 ××E× 示，忽略带电粒子离开粒子源N时的初速度，不 为B,,挡板右侧质谱仪中 计粒子所受重力以及粒子间的相互作用.下列 匀强磁场的磁感应强度为 说法中正确的是 B2.速度相同的一束粒子 P:d A.粒子a和粒子b经过小孔S1时速度大小一 (不计重力)，由左侧沿垂 定相等 直于E和B,的方向射入 胶片 B.若只减小加速电场的电压U,粒子a可能沿 速度选择器后，又进人质谱仪，其运动轨迹如图所 曲线S1c运动 示，则下列说法中正确的是 C.静电分析器中距离圆心O为R处的电场强 A.该束带电粒子带负电 度大小为贸 、B.能通过狭缝S,的带电粒子的速率等于，】 D.粒子b的比荷一定大于粒子a的比荷 C.粒子打在胶片上的位置越远离狭缝S。,粒子 三、非选择题 的比荷9越小 7.在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工 序.如图所示是离子注入工作原理示意图，离子经 D.能通过狭缝S。的带电粒子进入质谱仪后运 加速后沿水平方向进入速度选择器，然后通过磁 动半径都相同 分析器，选择出特定比荷的离子，经偏转系统后 二、多选题 注入处在水平面内的晶圆（硅片）.速度选择器 5.如图所示，关于质谱仪与回旋加