1.4 质谱仪与回旋加速器 同步练习-2024-2025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 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.121 D.144 2． (2019·吉林实验中学模拟)利用质谱仪可以分析同位素,如图所示,电荷量均为q的同位素碘131和碘127质量分别为m1和m2,从容器A下方的小孔S1进入电势差为U的电场,初速度忽略不计,经电场加速后从S2射出,垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后打到照相底片D上.则照相底片上碘131和碘127与S2之间的距离之比为 (　　) A. B. C. D. 3．如图所示,Q为α粒子放射源,放射源释放出的α粒子初速度近似为零,经电压为U的加速电场加速后垂直磁场边界MN进入磁感应强度为B的匀强磁场中,经磁场偏转后粒子从P点射出磁场,设OP=x,下列能正确反映x与U之间函数关系的x-U图象是 (　　) 4.如图甲是回旋加速器的示意图,其核心部分是两个D形金属盒,D形盒与高频电源相连,且置于垂直于盒面的匀强磁场中,带电粒子在电场中的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示,若忽略带电粒子在电场中的加速时间,则下列判断正确的是 (　　) A.在Ek-t图中有t4-t3<t3-t2<t2-t1 B.在Ek-t图中有Ek4-Ek3=Ek3-Ek2=Ek2-Ek1 C.若粒子加速次数越多,则射出加速器的粒子动能就越大 D.若加速电压越大,则射出加速器的粒子动能就越大 5．用质谱仪研究两种同位素氧16和氧18。如图所示，让氧16和氧18原子核从质谱仪小孔飘入电压为U的加速电场（初速度可看作零），然后从垂直进入匀强磁场发生偏转，最后打在底片上的不同地方。已知氧16和氧18原子核带电量相同，质量之比约为，从底片上获得在磁场中运动轨迹的直径分别为、，则应为（　　） A． B． C． D． 6．如图所示，虚线EF的下方存在着正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度为E，磁感应强度为B。一带电微粒自离EF为h的高处由静止下落，从B点进入场区，做了一段匀速圆周运动，从D点射出。 下列说法正确的（　　） A．微粒受到的电场力的方向一定竖直向下 B．微粒做圆周运动的半径为 C．从B到D的过程中微粒所受洛伦兹力不做功 D．从B点运动到D点的过程中微粒的电势能一直减小 7．如图为某电磁流量计的示意图，圆管由非磁性材料制成，空间有垂直于侧壁向里的匀强磁场。当管中的导电液体向右流过磁场区域时，测出管壁上MN两点间的电势差U，就可以知道管中液体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积）。若管的直径为d，磁感应强度为B，管中各处液体的流速相同。则（　　） A．M点电势低于N点电势 B．保持B．d恒定，液体的流量Q越大，电势差U越小 C．保持Q．B恒定，管的直径d越大，电势差U越大 D．保持Q．d恒定，磁感应强度B越大，电势差U越大 8．如图所示，沿直线通过速度选择器的正离子a、b，从狭缝S射入磁感应强度为B2的匀强磁场中，偏转后出现的对应轨迹半径之比为=1：3，不计离子重力，则下列说法正确的是（　　） A．离子a、b对应的速度大小之比为1：3 B．离子a、b对应的电荷量之比为1：3 C．离子a、b对应的质量之比为3：1 D．离子a、b对应的荷质比的比值为3：1 二、多选题 9.如图所示是医用回旋加速器示意图,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H)和氦核He).下列说法中正确的是 (　　) A.它们的最大速度相同 B.它们的最大动能相同 C.两次所接高频电源的频率相同 D.增大高频电源的电压可增大粒子的最大射出动能 10.回旋加速器是加速带电粒子的装置,如图所示.其核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(D1、D2),两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场,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,D形盒的半径为R.质量为m、电荷量为q的质子从D1半盒的质子源(A点)由静止释放,加速到最大动能Ek后经粒子出口处射出.若忽略质子在电场中加速的时间,且不考虑相对论效应,则下列说法正确的是 (　　) A.质子加速后的最大动能Ek与交变电压U大小无关 B.质子在加速器中运行时间与交变电压U大小无关 C.回旋加速器所加交变电压的周期为πR D.D2盒内质子的轨道半径由小到大之比依次为1∶∶∶… 11.如图甲所示，某同学设计用一霍尔元件来判断检测电流（方向如图甲所示）是否变化。检测电流在磁芯中产生磁场，其磁感应强度与成正比，给载流子为电子的霍尔元件（该霍尔元件三条边长分别为）通一恒定工作电流（方向向右），如图乙所示，通过右侧电压表的示数可以判断检测电流的大小是否发生变化，则下列说法正确的是（　　） A．端电势较高 B．如果仅将检测电流反向，电压表的正负接线柱无须反接 C．电压表示数跟检测电流的大小有关，跟工作电流的大小也有关 D．在工作电流不变时，电压表示数跟检测电流的大小有关，跟霍尔元件边的长度也有关 12.如图所示，两虚线之间的空间内存在着正交或平行的匀强电场E和匀强磁场B，有一个带正电的小球（电荷量为＋q、质量为m）从电磁复合场上方的某一高度处自由落下，那么，带电小球可能沿直线通过的电磁复合场的是（　　） A． B． C． D． 三、非选择题 13.质量为m，电荷量为q的带负电粒子自静止开始，经M、N板间的电场加速后，从A点垂直于磁场边界射入宽度为d的匀强磁场中，该粒子离开磁场时的位置P偏离入射方向的距离为L，如图所示。已知M、N两板间的电压为U，粒子的重力不计。求： （1）判断M，N那个极板的电势高，带电粒子离开电场时的速度大小； （2）匀强磁场的磁感应强度B。 14.在如图所示的平面直角坐标系中，第二象限内存在磁感应强度为B1的匀强磁场，方向垂直于xOy平面向外；第一象限某矩形区域内存在磁感应强度B2=0.4T的匀强磁场，方向垂直于xOy平面向外。一个比荷为的带正电的粒子从点P（-10cm，0）发射进入第二象限，其速度，方向垂直于磁场B1且与x轴负方向夹角为30°；后从Q点以垂直y轴方向直接进入第一象限内的矩形磁场区域，再经M点以垂直x轴方向进入第四象限；整个第四象限存在大小、方向均未知的匀强电场，粒子经过该电场偏转后从N点进入无电场、磁场的第三象限区域，最终回到P点的速度与发射速度相同，不考虑粒子的重力。求： (1)第二象限内磁场的磁感应强度B1的大小； (2)粒子在矩形匀强磁场中的运动时间t和该磁场区域的最小面积S； (3)第四象限内匀强电场场强E的大小。 参考答案 1、 D 2、 D 3、 B 4、 B 5、 C 6、 C 7、 D 8、 D 9、 BC 10、 ACD 11、 AC 12、 CD 13、 （1）N极板的电势高；；（2）B＝ 14、 (1)；(2) ；；(3) 学科网（北京）股份有限公司 $$