1.4质谱仪和回旋加速器 练习 -2023-2024学年高二物理同步精品课堂（人教版2019选择性必修第二册）

1.4质谱仪和回旋加速器 一、单选题 1．现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为（　　） A．11 B．12 C．21 D．144 2．1930年劳伦斯提出回旋加速器理论并于1932年制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示。两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一氘核从加速器的某处由静止开始加速。已知D型盒的半径为R，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、最大工作频率为f，氘核的质量为m、电荷量为q。不计粒子的重力，忽略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．氘核在电场中获得能量，氘核的最大动能随高频交变电源的电压U增大而增加 B．氘核在电场中获得能量，但最大动能却与高频交变电源的电压U无关 C．若将氘核换成质子，该装置也可以正常工作 D．氘核在磁场运动过程中，半径逐渐增大，所以周期也逐渐增大 3．两个相同的回旋加速器，分别接在加速电压为U1和U2的高频交流电源上，且U2=2U1，有两个相同的带电粒子分别在这两个加速器中运动，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，则有（　　） A．t1=t2，Ek1=Ek2 B．t1=t2，Ek1＜Ek2 C．t1>t2，Ek1=Ek2 D．t1>t2，Ek1＜Ek2 4．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如左图所示。这台加速器由两个铜质形盒构成，其间留有空隙（窄缝），放在真空里，两个形盒之间加有如右图所示的交流电，加速正离子，从中心处A释放。下列说法正确的是（　　） A．离子从电场中获得能量，交流电压的周期就是粒子在磁场中运动的周期 B．在时刻释放的离子由加速器加速后获得的动能最大 C．若时刻释放的离子能被加速，则在时刻释放的离子就不能被加速 D．离子从D形盒射出时的动能大小只与匀强磁场的强弱有关 5．回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，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，则下列说法中正确的是（　　） A．增大匀强电场间的加速电压 B．减小磁场的磁感应强度 C．减小周期性变化的电场的频率 D．增大D形金属盒的半径 二、多选题 6．粒子风洞T-2是国之重器，是民族复兴之器如图甲所示是风洞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，则下列判断中正确的是（　　） A．在图像中应有 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．如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件。 下列说法正确的是（　　） A．甲图如果加速电压减小，那么粒子最终的最大动能不会变化 B．乙图可通过增加匀强磁场的磁感应强度来增大电源电动势 C．丙图可以判断出带电粒子的电性，粒子只能从左侧沿直线匀速通过速度选择器 D．丁图中产生霍尔效应时，稳定时一定是D侧面电势高 8．如图所示，图甲为磁流体发电机原理示意图，图乙为质谱仪原理图，图丙是宽为a，长为c的半导体霍尔元件，元件内的导电粒子是电荷量为e的自由电子，图丁是速度选择器的原理示意图，不计粒子的重力，下列说法正确的是（　　） A．图甲中，将一束等离子体喷入磁场，B、C板间产生电势差，B板电势高 B．图乙中，、、三种粒子由静止经同一加速电场加速后射入磁场，在磁场中的偏转半径最大 C．图丙中，电流大小为I，则前后表面间的电压U与c成正比 D．图丁中，只要正粒子从P点水平进入时能匀速直线通过，则负离子以相同速度从P点水平进入也可以匀速直线通过 9．1932年美国物理学家劳伦斯巧妙地利用带电粒子在磁场中运动的特点发明了回旋加速器，解决了此前实验室直线加速粒子需要很高的电压的问题。回旋加速器的工作原理如图甲所示，D形金属盒置于真空中，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略，匀强磁场与盒面垂直。图乙为回旋加速器所用的交变电压随时间变化的规律，某同学保持交变电压随时间变化的规律不变，调整所加磁场的磁感应强度大小，从而实现利用同一回旋加速器分