1.4 质谱仪与回旋加速器 同步练习-2023-2024学年高二下学期物理人教版（2019）选择性必修第二册

质谱仪与回旋加速器练习 一、选择题(每小题只有一个选项符合题目要求) 1.一正电荷q在匀强磁场中，以速度v沿x轴正方向进入垂直纸面向里的匀强磁场中，磁感应强度为B，如图所示，为了使电荷能做直线运动，则必须加一个电场进去，不计重力，此电场的电场强度应该是(　　) A．沿y轴正方向，大小为 B．沿y轴负方向，大小为Bv C．沿y轴正方向，大小为 D．沿y轴负方向，大小为 2.如图所示是回旋加速器的工作原理图，两个半径为R的中空半圆金属盒D1、D2间窄缝宽为d，两金属电极间接有高频电压U，中心O处粒子源产生质量为m、电荷量为q的粒子，匀强磁场垂直两盒面，粒子在磁场中做匀速圆周运动，设粒子在匀强磁场中运行的总时间为t，则下列说法正确的是(　　) A．粒子的比荷越小，时间t越大 B．加速电压U越大，时间t越大 C．磁感应强度B越大，时间t越大 D．窄缝宽度d越大，时间t越大 3.某种质谱仪的工作原理如图所示，氖的同位素Ne和Ne粒子，以几乎为0的初速度从容器A下方的小孔S1飘入加速电场，经过小孔S2、S3之间的真空区域后，以不同的速率经过S3沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场，最后分别打在照相底片D的x1、x2处。下列说法正确的是(　　) A．Ne粒子离开加速电场的速度比Ne粒子小 B.　Ne粒子打在x1处 C.　Ne粒子在磁场中的运动时间比Ne粒子长 D．两种粒子在磁场中的运动时间相同 4．两个相同的回旋加速器，分别接在加速电压U1和U2的高频电源上，且U1＞U2，两个相同的带电粒子分别从这两个加速器的中心由静止开始运动，设两个粒子在加速器中运动的时间分别为t1和t2，获得的最大动能分别为Ek1和Ek2，则(　　) A．t1＜t2，Ek1＝Ek2 B．t1＝t2，Ek1＜Ek2 C．t1＜t2，Ek1＞Ek2 D．t1＞t2，Ek1＝Ek2 5. 在高能物理研究中，回旋加速器起着重要作用，其工作原理如图所示：D1和D2是两个中空、半径固定的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差，两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中；中央O处的粒子源产生的α粒子，在两盒之间被电场加速，α粒子进入磁场后做匀速圆周运动。忽略α粒子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应，下列说法正确的是(　　) A．α粒子在磁场中运动的周期越来越大 B．α粒子运动半个圆周之后，电场的方向不必改变 C．磁感应强度越大，α粒子离开加速器时的动能就越大 D．两盒间电势差越大，α粒子离开加速器时的动能就越大 6.如图所示为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在A、C板间，带电粒子从P0处由静止释放，并沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动。对于这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是(　　) A．带电粒子每运动一周被加速两次 B．粒子能获得的最大速度与D形盒的尺寸有关 C．P1P2＝P2P3 D．A、C板间的加速电场的方向需要做周期性的变化 7．图甲是回旋加速器的示意图，粒子出口处如图所示；图乙是回旋加速器所用的交变电压随时间的变化规律。某物理学习小组在学习了回旋加速器原理之后，想利用同一回旋加速器分别加速两种带正电的粒子，所带电荷量分别为q1、q2，质量分别为m1、m2。保持交变电压随时间变化的规律不变，需要调整所加磁场的磁感应强度的大小，则(　　) A．所加磁场的磁感应强度大小之比为 B．粒子获得的最大动能之比为 C．粒子的加速次数之比为 D．粒子在回旋加速器中的运动时间之比为 8.如图所示，水平平行金属板P1P2之间有水平向里匀强磁场B1和竖直方向的匀强电场(未画出)，竖直挡板MN右侧有水平向外的匀强磁场B2，O为挡板上的一个小孔。一些离子正对着O孔水平射入金属板P1P2之间，其中有两个离子沿虚线轨迹运动，最终分别打在挡板上的A1和A2处，OA1∶OA2＝2∶3，由此可判定(　　) A．金属板P1P2间的匀强电场方向竖直向上 B．打在A1和A2处的两个离子都带正电荷 C．打在A1和A2处的两个离子速率之比为v1∶v2＝2∶3 D．打在A1和A2处的两个离子比荷之比为∶＝3∶2 二、选择题(每小题有多个选项符合题目要求) 9.如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子经加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互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．质谱仪是分析同位素的重要工具 B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内 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，粒子的比荷越小 10.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析