質(zhì)譜儀與回旋加速器練習(xí)一、選擇題1．如圖為一質(zhì)譜儀的原理圖，粒子源中有大量電荷量均為q而質(zhì)量m不同的帶電粒子，從S1進(jìn)入S1S2間的加速電場，加速后進(jìn)入電場強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B1恒定不變的速度選擇器P1P2間，能通過狹縫S3的粒子豎直向下垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場中，偏轉(zhuǎn)后打到水平照相底片上形成譜線。若粒子在勻強(qiáng)磁場B2中的偏轉(zhuǎn)距離為x，不計(jì)粒子重力，則x與m的關(guān)系式為()A．x＝eq\f(2mE,qB1B2) B．x＝eq\f(mE,qB1B2)C．x＝eq\f(3mE,qB1B2) D．x＝eq\f(4mE,qB1B2)2．如圖，一束正離子先后經(jīng)過速度選擇器和勻強(qiáng)磁場區(qū)域，則在速度選擇器中沿直線運(yùn)動，且在勻強(qiáng)磁場中偏轉(zhuǎn)半徑又相等的離子具有相同的()A.電荷量和質(zhì)量 B.質(zhì)量和動能C.速度和比荷 D.速度和質(zhì)量3．如圖所示為質(zhì)譜儀的示意圖。電荷量和質(zhì)量不同的離子從電離室A中“飄”出，從縫S1進(jìn)入電勢差恒定的加速電場中加速，然后從S3垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場B中做勻速圓周運(yùn)動，最后打在照相底片上。已知質(zhì)子從靜止開始被加速電場加速，經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后打在底片上的P點(diǎn)，某二價(jià)正離子從靜止開始經(jīng)相同的電場加速和磁場偏轉(zhuǎn)后，打在底片上的Q點(diǎn)，已知QS3＝12PS3，則離子質(zhì)量和質(zhì)子質(zhì)量之比為()A．12 B．24C．144 D．2884．如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)讓某束離子(可能含有多種離子)從容器A下方的小孔無初速度飄入電勢差為U的加速電場，經(jīng)電場加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，在照相底片上形成a、b兩條“質(zhì)譜線”，則下列判斷正確的是()A．a(chǎn)、b譜線對應(yīng)的離子均帶負(fù)電B．a(chǎn)譜線對應(yīng)的離子的質(zhì)量較大C．b譜線對應(yīng)的離子的質(zhì)量較大D．a(chǎn)譜線對應(yīng)的離子的比荷較大5.1922年，英國科學(xué)家阿斯頓因質(zhì)譜儀的發(fā)明、同位素和質(zhì)譜的研究榮獲了諾貝爾化學(xué)獎。質(zhì)譜儀的兩大重要組成部分是加速電場和偏轉(zhuǎn)磁場。如圖所示為質(zhì)譜儀的原理圖，設(shè)想有一個靜止的帶電粒子P(不計(jì)重力)，經(jīng)電壓為U的加速電場加速后，垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，最后打到底片上的D點(diǎn)。設(shè)OD＝x，則在下列圖像中能正確反映x2與U之間函數(shù)關(guān)系的是()eq\o(\s\up7(),\s\do15(A))eq\o(\s\up7(),\s\do15(B))eq\o(\s\up7(),\s\do15(C))eq\o(\s\up7(),\s\do15(D))6.(多選)1932年勞倫斯制成了世界上第一臺回旋加速器，其原理如圖所示，這臺加速器由兩個銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法不正確的是()A．離子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器B．離子由加速器的邊緣進(jìn)入加速器C．離子從磁場中獲得能量D．離子從電場中獲得能量7.(多選)回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源相連接的兩個D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底面的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示，要增大帶電粒子射出時(shí)的動能，粒子重力不計(jì)，下列說法正確的是()A．增大交流電源的電壓B．增大磁感應(yīng)強(qiáng)度C．減小狹縫間的距離D．增大D形盒的半徑8.如圖所示，回旋加速器的主要結(jié)構(gòu)是在磁極間的真空室內(nèi)有兩個半圓形的金屬扁盒(D形盒)隔開相對放置，下列說法正確的是()A．回旋加速器可以同時(shí)加速α粒子(eq\o\al(4,2)He)和氚核(eq\o\al(3,1)H)B．帶電粒子每一次通過狹縫時(shí)獲得的能量不同C．被加速的粒子獲得的最大動能是由通過交變電場的次數(shù)決定的D．粒子在D形盒間隙中運(yùn)動可看作勻變速直線運(yùn)動9.如圖所示為回旋加速器的主要結(jié)構(gòu)，兩個半徑為R的半圓形中空金屬盒D1、D2置于真空中，兩盒間留有一狹縫；在兩盒的狹縫處加上大小為U的高頻交變電壓，空間中存在著磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直向上穿過盒面的勻強(qiáng)磁場。從粒子源P引出質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，粒子初速度視為零，在狹縫間被電場加速，在D形盒內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，最終從邊緣的出口處引出。不考慮相對論效應(yīng)，忽略粒子在狹縫間運(yùn)動的時(shí)間，則()A．僅提高加速電壓，粒子最終獲得的動能增大B．所需交變電壓的頻率與被加速粒子的比荷無關(guān)C．粒子第n次通過狹縫后的速度大小為eq\r(\f(2（n＋1）qU,m))D．粒子通過狹縫的次數(shù)為eq\f(qB2R2,2mU)10．如圖甲所示是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個D形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中，兩盒分別與高頻交流電源相連。帶電粒子在磁場中運(yùn)動的動能Ek隨時(shí)間t的變化規(guī)律如圖乙所示。忽略帶電粒子在電場中的加速時(shí)間，則下列判斷正確的是()A．在Ekt圖像中應(yīng)有t4－t3<t3－t2<t2－t1B．加速電壓越大，粒子最后獲得的動能就越大C．粒子加速次數(shù)越多，粒子最大動能一定越大D．要想粒子獲得的最大動能增大，可增加D形盒的面積二、非選擇題11.在近代物理實(shí)驗(yàn)中，常用回旋加速器加速得到高速粒子流?；匦铀倨鞯慕Y(jié)構(gòu)如圖所示，設(shè)帶電粒子質(zhì)量為m，電荷量為q，勻強(qiáng)磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，D形盒的最大半徑為R，兩個D形盒之間的距離為d，d遠(yuǎn)小于R，D形盒之間所加交變電壓大小為U。不計(jì)粒子的初速度及運(yùn)動過程中質(zhì)量的變化，求：(1)所加交變電壓的周期T；(2)帶電粒子離開D形盒時(shí)的動能Ekm；(3)帶電粒子在回旋加速器磁場中運(yùn)動的時(shí)間t1及在兩D形盒間電場中運(yùn)動的時(shí)間t2，并證明粒子在電場中運(yùn)動的時(shí)間可以忽略不計(jì)。答案：1．A2．C3．D4．D5.A6.BC7.BD8.D9.D10．D11.(1)eq\f(2πm,qB)(2)eq\f(q2B2R2,2m)(3)粒子在兩D形盒的縫隙之間的不連續(xù)勻加速運(yùn)動，可等效成初速度為零、末速度為vm的勻加速直線運(yùn)動。由qeq\f(U,d)＝ma，vm＝at2得粒子在電場中的加速時(shí)間為t2＝eq\f(BdR,U)，設(shè)粒子在電場中加速的次數(shù)為n，由Ekm＝nqU，得n＝eq\f(qB2R2,2mU)，粒子在磁場中勻速圓周運(yùn)動的周期為T＝eq\f