“4翼”检测评价（4） 质谱仪与回旋加速器（Word练习）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理选择性必修第二册（人教版2019）

“四翼”检测评价（四） 质谱仪与回旋加速器 A组—重基础·体现综合 1.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示。粒子源S发出各种不同的正粒子束，粒子从S出来时速度很小，可以看作初速度为零，粒子经过加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场(图中线框所示)，并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点，测得P点到入口的距离为x。则以下说法正确的是(　 ) A．若粒子束不是同位素，则x越大，正粒子的质量一定越大 B．若粒子束是同位素，则x越大，质量一定越小 C．只要x相同，则正粒子的质量一定相同 D．只要x相同，则正粒子的比荷一定相同 解析：选D　粒子在加速电场被加速，有qU＝mv2，然后粒子进入磁场中偏转，其轨道为半圆，故有＝。由以上二式可解得：m＝。若粒子束为同位素，q相同，则x越大，m越大；若x相同，则粒子束比荷一定相同。D正确。 2．(多选)用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，可采用下列哪几种方法(　 ) A．将其磁感应强度增大为原来的2倍 B．将其磁感应强度增大为原来的4倍 C．将D形金属盒的半径增大为原来的2倍 D．将D形金属盒的半径增大为原来的4倍 解析：选AC　由R＝及Ek＝mv2，得Ek＝，将其磁感应强度增大为原来的2倍，或将D形金属盒的半径增大为原来的2倍，都可使质子获得的动能增加为原来的4倍，A、C正确。 3.如图所示为质谱仪测定带电粒子质量装置的示意图。速度选择器(也称滤速器)中电场强度E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直于纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直于纸面向外。在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1射入速度选择器中，若m甲＝m乙＜m丙＝m丁，v甲＜v乙＝v丙＜v丁，在不计重力的情况下，打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是(　 ) A．甲、乙、丙、丁 B．甲、丁、乙、丙 C．丙、丁、乙、甲 D．甲、乙、丁、丙 解析：选B　对打在P1点的离子，有qvB1＜qE，v最小，故为甲离子；对打在P2点的离子，有qvB1＞qE，v最大，故为丁离子；打在P3点的离子与打在P4点的离子相比，r3＜r4，由r＝，又v乙＝v丙，故打在P3点的离子小，即为乙离子。B正确。 4．(2023·重庆实验中学检测)在如图所示的平行板器件中(极板长度有限)，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一带电粒子(重力不计)从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动，则该粒子(　 ) A．一定带正电 B．速度v＝ C．若速度v＞，粒子一定不能从板间射出 D．若此粒子从右端沿虚线方向射入，仍做直线运动 解析：选B　若粒子带负电，则受到竖直向上的静电力和竖直向下的洛伦兹力，可以做直线运动；若粒子带正电，则受到竖直向下的静电力和竖直向上的洛伦兹力，可以做直线运动，A错误；因为该粒子做直线运动，所以在竖直方向上所受合力为零，故qE＝Bqv，得v＝，B正确；若v＞，则Bqv＞Eq，粒子偏转，做曲线运动，粒子可能从板间射出，也可能打在极板上，C错误；此粒子从右端沿虚线方向射入平行板，静电力与洛伦兹力沿同一方向，粒子不能做直线运动，D错误。 5．(多选)如图是一个回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。现分别加速氘核(12H)和氦核(24He)，下列说法正确的是(　 ) A．它们的最大速度相等 B．两次所接高频电源的频率不同 C．若加速电压不变，则它们的加速次数相同 D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能 解析：选AC　根据qvB＝m，得v＝，两粒子的比荷相等，所以最大速度相等，A正确；带电粒子在磁场中运动的周期T＝＝，两粒子的比荷相等，所以周期和频率相等，B错误；最大动能Ek＝mv2＝，则加速次数n＝＝，两粒子的比荷相等，加速电压不变，则加速次数相同，C正确；根据Ek＝mv2＝知，仅增大高频电源的频率不能增大粒子的最大动能，D错误。 6.如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内互相垂直的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。挡板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。挡板S下方有强度为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里 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 解析：选A　粒子在速度选择器中做匀速直线运动，有qE＝qvB，解得v＝。进入偏转磁场后，有qvB0＝m，解得r＝＝，知r越小，比荷越大，同位素电量相等，质量不同，则偏转半径不同，所以质谱仪是分析同位素的重要工具，A正确，C、D错误；因为电荷所受静电力与洛伦兹力平衡，根据左手定