第一章 4. 质谱仪与回旋加速器-【新课程能力培养】2023-2024学年新教材高中物理选择性必修第二册同步练习（人教版）

第一章 安培力与洛伦兹力 练 知识点 1 对质谱仪的理解 1. 一束几种不同的正离子， 垂 直射入正交的匀强磁场和匀 强电场区域里， 离子束保持 原运动方向未发生偏转。 接 着进入另一匀强磁场， 发现 这些离子分成几束如图。 对这些离子， 可 得出的结论是 （ ） A. 它们的动能一定各不相同 B. 它们的电性一定各不相同 C. 它们的质量一定各不相同 D. 它们的比荷一定各不相同 2. （多选） 如图， 一束带电粒子以一定的初 速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场 （磁感应强度为 B ） 和匀强电场 （电场强 度为 E ） 组成的速度选择器， 然后粒子通 过平板 S 上的狭缝 P 进入另一匀强磁场 （磁感应强度为 B′ ）， 最终打在 A 1 A 2 上， 下列表述正确的是 （ ） A. 粒子带负电 B. 所有打在 A 1 A 2 上的粒子， 在磁感应强 度为 B′ 的磁场中的运动时间都相同 C. 能通过狭缝 P 的带电粒子的速率等于 E B D. 粒子打在 A 1 A 2 上的位置越靠近 P ， 粒 子的比荷 q m 越大 3. （多选） 1922 年英国物理学家阿斯顿因质 谱仪的发明、 同位素和质谱的研究荣获了 诺贝尔化学奖， 若速度相同的一束粒子由 左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示， 则下列说法正确的是 （ ） A. 速度选择器的 P 1 极板带负电， P 2 极板 带正电 B. 粒子在 B 2 磁场中运动半径不同， 运动 时间也不相同 C. 粒子在 B 2 磁场中运动半径不同， 说明 离开速度选择器时速度大小不同 D. 在 B 2 磁场中运动半径越大的粒子， 比 荷 q m 越小 知识点 2 回旋加速器的主要问题分析 4. 回旋加速器是加速带电粒子的装置。 其核 4.质谱仪与回旋加速器 + - B 1 B 2 第 1 题图 速度选择器 A 1 B′ E B P S A 2 + - 第 2 题图 核 乳 胶 片 B 1 E B 2 P 1 P 2 v S 0 第 3 题图 基 础 练 习 19 练 高中物理选择性必修 第二册 （人教版） 心部分是分别与高频交流 电源两极相连接的两个 D 形金属盒， 两盒间的缝隙 中形成的周期性变化的电 场， 使粒子在通过缝隙时 都能得到加速， 两 D 形金属盒处于垂直 于盒底的匀强磁场中， 如图所示， 要增大 带电粒子射出时的动能， 则下列说法正确 的是 （ ） A. 减小磁场的磁感应强度 B. 增大匀强电场间的加速电压 C. 增大 D 形金属盒的半径 D. 减小缝隙间的距离 5. （多选） 如图甲是回旋加速器 D 形盒外观 图， 如图乙是回旋加速器工作原理图。 微 观粒子从 S 处从静止开始被加速， 达到其 可能的最大速度 v m 后将到达导向板处 ， 由导出装置送往需要使用高速粒子的地 方。 下列说法正确的是 （ ） A. D 形盒半径是决定 v m 的一个重要因素 B. 粒子从回旋加速器的磁场中获得能量 C. 高频电源的电压是决定 v m 的重要因素 D. 高频电源的周期等于粒子在磁场中运 动周期 ~ B D 1 D 2 第 4 题图 ~ B 高频电源 导向板 B d S 甲 乙 第 5 题图 6. 如图所示为某种质谱仪的工作原理示意 图。 此质谱仪由以下几部分构成： 粒子源 N ； P 、 Q 间的加速电场； 静电分析器， 即 中心线半径为 R 的四分之一圆形通道， 通 道内有均匀辐射电场， 方向沿径向指向圆 心 O ， 且与圆心 O 等距的各点电场强度大 小相等； 磁感应强度为 B 的有界匀强磁 场， 方向垂直纸面向外； MO 为胶片。 由 粒子源发出的不同带电粒子， 经加速电场 加速后进入静电分析器， 某些粒子能沿中 心线通过静电分析器并经小孔 S 垂直磁场 边界进入磁场， 最终打到胶片上的某点。 粒子从粒子源发出时的初速度不同， 不计 粒子所受重力。 下列说法正确的是 （ ） A. 从小孔 S 进入磁场的粒子速度大小一 定相等 B. 从小孔 S 进入磁场的粒子动能一定相等 C. 打到胶片上同一点的粒子初速度大小一 定相等 D. 打到胶片上位置距离 O 点越远的粒子， 比荷越大 7. 如图所示为一种获得高能粒子的装置， 环 形区域内存在垂直纸面向外、 大小可调节 提 升 练 习 M B N P Q O R S 第 6 题图 20 第一章 安培力与洛伦兹力 练 的均匀磁场 ， 质量为 m 、 电荷量为 +q 的粒子在环中 做半径为 R 的圆周运动 ， A 、 B 为两块中心开有小 孔的极板， 原来电势都为 0 ， 每当粒子顺 时针飞经 A 板时， A 板电势升高为 U ， B 板电势仍保持为 0 ， 粒子在两板间电场中 得到加速， 每当粒子离开 B 板时， A 板电