1.4质谱仪与回旋加速器 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

1.4质谱仪与回旋加速器练习 一、选择题 1.1922年，英国科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．质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场．如图1所示为质谱仪的原理图，设想有一个静止的带电粒子P(不计重力)，经电压为U的加速电场加速后，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到底片上的D点．设OD＝x，则在下列图中能正确反映x2与U之间函数关系的是(　　) 图1 2.质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．如图2所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量．让氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中．氢的三种同位素最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”．重力不计，则下列判断正确的是(　　) 图2 A．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚 B．进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚 C．在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚 D．a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚 3.(多选)一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图3所示，D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两盒分别与交流电源相连．设质子的质量为m、电荷量为q，则下列说法正确的是(　　) 图3 A．D形盒之间交变电场的周期为 B．质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大 C．质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大 D．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值 4．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图4所示．这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是(　　) 图4 A．带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大 B．带电粒子从磁场中获得能量 C．增大加速电场的电压，其余条件不变，带电粒子离开磁场时的动能将增大 D．增大加速电场的电压，其余条件不变，带电粒子在D形盒中运动的时间变短 5.(多选)如图5所示，a、b、c、d为4个正粒子，电荷量相等均为q，同时沿图示方向进入速度选择器后，a粒子射向P1板，b粒子射向P2板，c、d两粒子通过速度选择器后，进入另一磁感应强度为B2的磁场，分别打在A1和A2两点，A1和A2两点相距Δx.已知速度选择器两板间电压为U，两板间距离为l，板间磁感应强度为B1，则下列判断正确的是(　　) 图5 A．粒子a、b、c、d的速度关系va＜vc＝vd＜vb B．粒子a、b、c、d的速度关系va＞vc＝vd＞vb C．粒子c、d的质量关系是mc＞md D．粒子c、d的质量差Δm＝ 6．如图6甲所示是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是(　　) 图6 A．在Ek－t图像中应有t4－t3<t3－t2<t2－t1 B．加速电压越大，粒子最后获得的动能就越大 C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大 D．要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的面积 7.(多选)如图7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；磁感应强度为B的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外；胶片M.若静电分析器通道中心线半径为R，通道内的均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E.由粒子源发出一质量为m、电荷量为q的正离子(初速度为零，重力不计)，经加速电场加速后，垂直场强方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿中心线做匀速圆周运动，而后由S点沿着既垂直于静电分析器的左边界，又垂直于磁场的方向射入磁场中，最终打到胶片上的某点．下列说法中正确的是(　　) 图7 A．P、Q间加速电压为ER B．离子在磁场中运动的半径为 C．若一质量为4m、电荷量为q的正离子加速后进入静电分析器，离子不能从S点射出 D．若一群离子经过上述过程打在胶片上同一点，则这些离子具有相同的比荷 8．(多选)如图8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．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场分别为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(　　) 图8 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．能通过的狭缝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 9. (多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别