课时作业(6) 质谱仪与回旋加速器-【状元桥·优质课堂】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

课时作业（六）质谱仪与回旋加速器 答案精解Pw (建议用时：40分钟) [基础题组练] A.进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、 题组一质谱仪 氘，氚 L.如图所示是质谱仪示意图，它可以测定单个离子的 B.进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氚、 质量，图中离子源S产生带电荷量为q的离子，经 氘，气 电压为U的电场加速后垂直射入磁感应强度为B C.a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是气、氘、氚 的匀强磁场中，沿半圆轨道运动到记录它的照相底 D.a,b,c三条“质谱线”依次排列的顺序是氚、氘、氕 片P上，测得它在P上的位置与A处水平距离为 题组二回旋加速器 d,则该离子的质量m大小为 ( ) 4.如图所示为回旋加速器的工作原理示意图，D形金 属盒置于真空中，半径为R,两金属盒间的狭缝很 小，磁感应强度大小为B的匀强磁场与金属盒盒面 垂直，高频交流电的频率为∫，加速电压为U,若中 A.Bd C.9Bd D.aBd 8U B.9Bd2 4U 2 心粒子源处产生的初速度为0的质子（质量为， 2.质谱仪主要由加速电场和偏 电荷量为十)在加速器中被加速.不考虑相对论效 转磁场组成，其原理图如图所 应，则下列说法正确的是 () 示.设想有一个静止的带电粒。··· 子P(不计重力)，经电压为U::::: 年。。年。。年年 的电场加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁 接必流出源 场中，最后打到底片上的D点，设OD=x,则图中 A.加速的粒子获得的最大动能随加速电压U的增 能正确反映x2与U之间函数关系的是 大而增大 B.不改变磁感应强度B和交流电的频率f,该加速 器一定可加速其他带正电荷的粒子 B C.质子被加速后的最大速度不能超过2πR/ 3.(多选)质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位 D.质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道 素的重要工具，如图所示为质谱仪的原理示意图， 半径之比为2：1 现利用这种质谱仪对氢元素进行测量.氢元素的三 5.(多选)在回旋加速器中，下列说法正确的是() 种同位素氕(H)、氘(H)、氚(H)分别从容器A A.电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 下方的小孔S无初速度飘人电势差为U的加速电 B.电场和磁场同时用来加速带电粒子 场，加速后垂直进人磁感应强度为B的匀强磁场 C.在磁场一定的条件下，回旋加速器的半径越大， 中，氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成 则同一带电粒子获得的动能越大 a,b、c三条“质谱线”，关于三种同位素进人磁场时 D.同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的 速度的排列顺序以及a、b、c三条“质谱线”的排列 大小有关，而与交流电压的频率无关 顺序，下列判断正确的是 ( 土AΨ 6.(多选)回旋加速器的工作原理如图所示，真空容器 ■■■ D形盒放在与盒面垂直的匀强磁场中，且磁感应强 度B保持不变.两盒间狭缝间距很小，粒子从粒子 源A处(D形盒圆心)飘入加速电场（初速度近似为 ·135. 零).D形盒半径为R,粒子质量为m、电荷量为十q, (1)质子最初进入D形盒的动能为多大？ 加速器接电压为U的高频交流电源.若不考虑相对 (2)质子经回旋加速器飞出后得到的动能为多大？ 论效应，粒子所受重力和带电粒子穿过狭缝的时 (3)交流电源的频率是多少？ 间.下列论述正确的是 交流电源 A.交流电源的频率可以任意调节不受其他条件的 限制 B.加速氚核(H)和氢核(He)时，两次所接高颜电 源的频率不相同 C.加速氟核（号H)和氮核(Hc)时，它们能达到的最 大速度相同 9.一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量均为十g、 D.增大U,粒子在D形盒内运动的总时间t减少 质量不同的离子飘入电压为U。的加速电场，其初 [能力提升练] 速度儿乎为零，这些离子经加速后通过狭缝O沿着 与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁 7.美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速 场，最后打在底片上，已知放置底片的区域MN 器，可以利用带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的 特点，使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次 L,且OM=L.某次测量发现MN中左侧号区域 加速获得较大的能量.如图所示为一种改进后的回 MQ损坏，检测不到离子，但右侧区域QN仍能 旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场的电场强 度大小恒定，且被限制在A、C板间，带电粒子从P。 正常检测到离子，在适当调节加速电压后，原本打 处由静止释放，并沿电场线方向射入加速电场，经 在MQ的离子即可在QN检测到.求： 加速后再进人D形盒中的匀强磁场中做匀速圆周 (1)原本打在MN中点P的离子的质量m: 运动.对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正 (2)为使原本打在P的离子能打在QN区域，加速 确的是 电压U的调节范围. ×O八x×xx pOi ×0米