第４課時(shí)第４課時(shí)質(zhì)譜儀與回旋加速器第一章安培力與洛倫茲力一、單選題：１.如圖所示，下列說(shuō)法正確的是()A.圖甲是用來(lái)加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，增加電壓U即可B．圖乙是磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，可以判斷出A極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極，B極板是發(fā)電機(jī)的正極C．圖丙是速度選擇器，帶電粒子(不計(jì)重力且只受電場(chǎng)和磁場(chǎng)的作用)能夠從右向左沿直線勻速通過(guò)速度選擇器D．圖丁是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，粒子打在底片上的位置越靠近狹縫S3，粒子的比荷越小２.質(zhì)譜儀測(cè)定帶電粒子質(zhì)量的裝置示意圖如圖所示。速度選擇器(也稱(chēng)濾速器)中場(chǎng)強(qiáng)E的方向豎直向下，磁感應(yīng)強(qiáng)度B1的方向垂直于紙面向里，分離器中磁感應(yīng)強(qiáng)度B2的方向垂直于紙面向外。在S處有甲、乙、丙、丁四個(gè)一價(jià)正離子垂直于E和B1射入速度選擇器中，若m甲＝m乙<m丙＝m丁，v甲<v乙＝v丙<v丁，在不計(jì)重力的情況下，打在P1、P2、P3、P4四點(diǎn)的離子分別是()A．甲、乙、丙、丁B．甲、丁、乙、丙C．丙、丁、乙、甲D．甲、乙、丁、丙３．根據(jù)電、磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)動(dòng)電荷的作用規(guī)律我們知道，電場(chǎng)可以使帶電粒子加(或減)速，磁場(chǎng)可以控制帶電粒子的運(yùn)動(dòng)方向?；匦铀倨?，圖示的質(zhì)譜儀都是利用以上原理制造出來(lái)的高科技設(shè)備，如圖中的質(zhì)譜儀是把從S1出來(lái)的帶電量相同的粒子先經(jīng)過(guò)電壓U使之加速，然后再讓它們進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)B，這樣質(zhì)量不同的粒子就會(huì)在磁場(chǎng)中分離。下述關(guān)于回旋加速器，質(zhì)譜儀的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()A.經(jīng)過(guò)回旋加速器加速的同種帶電粒子，其最終速度大小與高頻交流電的電壓無(wú)關(guān)B．經(jīng)過(guò)回旋加速器加速的同種帶電粒子，其最終速度大小與D形盒上所加磁場(chǎng)強(qiáng)弱有關(guān)C．圖示質(zhì)譜儀中，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑大的粒子，其質(zhì)量也大D．圖示質(zhì)譜儀中，在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)半徑大的粒子，其電荷量也大４．如圖所示的平行板器件中。電場(chǎng)強(qiáng)度E和磁感應(yīng)強(qiáng)度B相互垂直，具有不同水平速度的帶電粒子從P孔射入后發(fā)生偏轉(zhuǎn)的情況不同。利用這種裝置能把具有某一特定速度的粒子選擇出來(lái)，所以叫作速度選擇器。若正離子(不計(jì)重力)以水平速度v＝eq\f(E,B)射入速度選擇器，則()A．正離子從P孔射入后，能沿著圖示虛線路徑通過(guò)速度選擇器B．正離子從Q孔射入后，能沿著圖示虛線路徑通過(guò)速度選擇器C．僅改變離子的電性，負(fù)離子從P孔射入后，不能沿圖示虛線路徑通過(guò)速度選擇器D．僅改變離子的電量，正離子從P孔射入后，不能沿圖示虛線路徑通過(guò)速度選擇器５．2019年我國(guó)研制出了世界上最大的緊湊型強(qiáng)流質(zhì)子回旋加速器，該回旋加速器是我國(guó)目前自主研制的能量最高的質(zhì)子回旋加速器。如圖所示為回旋加速器原理示意圖，現(xiàn)將兩個(gè)相同的回旋加速器置于相同的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，接入高頻電源。分別加速氘核和氦核，下列說(shuō)法正確的是()A.它們?cè)诖艌?chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期相同B．它們的最大速度不相等C．兩次所接高頻電源的頻率不相同D．僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動(dòng)能６.如圖所示為一種質(zhì)譜儀的示意圖，該質(zhì)譜儀由速度選擇器、靜電分析器和磁分析器組成。若速度選擇器中電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E1，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1、方向垂直紙面向里，靜電分析器通道中心線為eq\f(1,4)圓弧，圓弧的半徑(OP)為R，通道內(nèi)有均勻輻射的電場(chǎng)，在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁分析器中有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直于紙面向外。一帶電粒子以速度v沿直線經(jīng)過(guò)速度選擇器后沿中心線通過(guò)靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn)，不計(jì)粒子重力。下列說(shuō)法正確的是()A.速度選擇器的極板P1的電勢(shì)比極板P2的低B．粒子的速度v＝eq\f(B1,E1)C．粒子的比荷為eq\f(Eeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)),ERBeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1)))D．P、Q兩點(diǎn)間的距離為eq\f(2ERB2,Eeq\o\al(\s\up1(2),\s\do1(1))B1)７.如圖所示，R1和R2是同種材料、厚度相同、上下表面為正方形的金屬導(dǎo)體，但R1的尺寸比R2的尺寸大。將兩導(dǎo)體同時(shí)放置在同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，磁場(chǎng)方向垂直于兩導(dǎo)體正方形表面，在兩導(dǎo)體上加相同的電壓，形成如圖所示方向的電流；電子由于定向移動(dòng)，會(huì)在垂直于電流方向受到洛倫茲力作用，從而產(chǎn)生霍爾電壓，當(dāng)電流和霍爾電壓達(dá)到穩(wěn)定時(shí)，下列說(shuō)法中正確的是()A．R1中的電流大于R2中的電流B．R1導(dǎo)體右表面電勢(shì)高于左表面電勢(shì)C．R1中產(chǎn)生的霍爾電壓等于R2中產(chǎn)生的霍爾電壓D．對(duì)于R1導(dǎo)體，僅增大厚度時(shí)，霍爾電壓將增大８.1932年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器,其原理如圖所示,這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成,其間留有空隙,下列說(shuō)法正確的是 ()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(chǎng)中獲得能量D.離子從電場(chǎng)和磁場(chǎng)中共同獲得能量９.如圖是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖。帶電粒子a、b經(jīng)電壓U加速(在A點(diǎn)初速度為零)后,進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng),最后分別打在感光板S上的x1、x2處。圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子a、b所通過(guò)的路徑,則 ()A.若a與b有相同的質(zhì)量,則打在感光板上時(shí),b的速度比a大B.若a與b有相同的質(zhì)量,則a的電量比b的電量小C.若a與b有相同的電量,則a的質(zhì)量比b的質(zhì)量大D.若a與b有相同的電量,則a的質(zhì)量比b的質(zhì)量?。保?質(zhì)譜儀可以測(cè)定有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)，現(xiàn)有一種質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)如圖所示。有機(jī)物的氣體分子從樣品室注入離子化室，在高能電子作用下，樣品氣體分子離子化成離子。若離子化后的離子帶正電，初速度為零，此后經(jīng)過(guò)高壓電源區(qū)、圓形磁場(chǎng)室(內(nèi)為勻強(qiáng)磁場(chǎng))、真空管，最后打在記錄儀上，通過(guò)處理就可以得到離子比荷eq\f(q,m)，進(jìn)而推測(cè)有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)。已知高壓電源的電壓為U，圓形磁場(chǎng)室的半徑為R，真空管與水平面夾角為θ，離子進(jìn)入磁場(chǎng)室時(shí)速度方向指向圓心。則下列說(shuō)法正確的是()A．高壓電源A端應(yīng)接電源的正極B．磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向必須垂直紙面向里C．若離子化后的兩同位素X1、X2(X1質(zhì)量大于X2質(zhì)量)同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)室后，出現(xiàn)圖中的軌跡Ⅰ和Ⅱ，則軌跡Ⅰ一定對(duì)應(yīng)X1D．若磁場(chǎng)室內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，當(dāng)記錄儀接收到一個(gè)明顯的信號(hào)時(shí)，與該信號(hào)對(duì)應(yīng)的離子比荷eq\f(q,m)＝eq\f(2Utan2\f(θ,2),B2R2)二．多選題：1１.為了測(cè)量某化工廠的污水排放量，技術(shù)人員在該廠的排污管末端安裝了如圖所示的流量計(jì)，該裝置由絕緣材料制成，長(zhǎng)、寬、高分別為a、b、c，左右兩端開(kāi)口，在垂直于上、下底面方向加磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，在前、后兩個(gè)內(nèi)側(cè)固定有金屬板作為電極，污水充滿管口從左向右流經(jīng)該裝置時(shí)，電壓表將顯示兩個(gè)電極間的電壓U。若用Q表示污水流量(單位時(shí)間內(nèi)排出的污水體積)，下列說(shuō)法中正確的是()A.若污水中正離子較多，則前表面比后表面電勢(shì)高B．前表面的電勢(shì)一定低于后表面的電勢(shì)，與哪種離子多少無(wú)關(guān)C．污水中離子濃度越高，電壓表的示數(shù)越大D．污水流量Q與U成正比，與a、b無(wú)關(guān)1２．1932年，勞倫斯和利文斯頓設(shè)計(jì)出了回旋加速器?；匦铀倨鞯墓ぷ髟砣鐖D所示，置于真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可以忽略不計(jì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直。A處粒子源產(chǎn)生初速度不計(jì)、質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子，粒子在狹縫中被加速，加速電壓為U，加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力影響，則關(guān)于回旋加速器，下列說(shuō)法正確的是()A.帶電粒子每一次通過(guò)狹縫時(shí)獲得的能量不同B．D形盒的半徑R越大，粒子離開(kāi)回旋加速器時(shí)獲得的最大動(dòng)能越大C．交變電源的加速電壓U越大，粒子離開(kāi)回旋加速器時(shí)獲得的最大動(dòng)能越大D．粒子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為eq\r(2)∶11３．如圖是一個(gè)回旋加速器示意圖,其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒,兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,并分別與高頻電源相連。現(xiàn)分別加速氘核QUOTEH)和氦核QUOTEHe),下列說(shuō)法正確的是()A.它們的最大速度相同B.兩次所接高頻電源的頻率不同C.若加速電壓不變,則它們的加速次數(shù)相等D.僅增大高頻電源的頻率可增大粒子的最大動(dòng)能１４.用回旋加速器來(lái)加速質(zhì)子,為了使質(zhì)子獲得的動(dòng)能增加為原來(lái)的4倍,可采用下列哪幾種方法 ()A.將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來(lái)的2倍B.將其磁感應(yīng)強(qiáng)度增大為原來(lái)的4倍C.將D形金屬盒的半徑增大為原來(lái)的2倍D.將D形金屬盒的半徑增大為原來(lái)的4倍１５.如圖所示，回旋加速器D形盒的半徑為R，用來(lái)加速質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)子，質(zhì)子每次經(jīng)過(guò)電場(chǎng)區(qū)時(shí)，都恰好在電壓為U時(shí)被加速，且電場(chǎng)可視為勻強(qiáng)電場(chǎng)，使質(zhì)子由靜止加速到能量為E后，由A孔射出。下列說(shuō)法正確的是()A．D形盒半徑R、磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，若加速電壓U越高，質(zhì)子的能量E將越大B．磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，若加速電壓U不變，D形盒半徑R越大，質(zhì)子的能量E將越大C．D形盒半徑R、磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，若加速電壓U越高，質(zhì)子在加速器中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間將越長(zhǎng)D．D形盒半徑R、磁感應(yīng)強(qiáng)度B不變，若加速電壓U越高，質(zhì)子在加速器中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間將越短三、非選擇題：1６.(2020·浙江7月選考)某種離子診斷測(cè)量簡(jiǎn)化裝置如圖所示。豎直平面內(nèi)存在邊界為矩形EFGH、方向垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，探測(cè)板CD平行于HG水平放置，能沿豎直方向緩慢移動(dòng)且接地。a、b、c三束寬度不計(jì)、間距相等的離子束中的離子均以相同速度持續(xù)從邊界EH水平射入磁場(chǎng)，b束中的離子在磁場(chǎng)中沿半徑為R的四分之一圓弧運(yùn)動(dòng)后從下邊界HG豎直向下射出，并打在探測(cè)板的右邊緣D點(diǎn)。已知每束每秒射入磁場(chǎng)的離子數(shù)均為N，離子束間的距離均為0.6R，探測(cè)板CD的寬度為0.5R，離子質(zhì)量均為m、電荷量均為q，不計(jì)重力及離子間的相互作用。(1)求離子速度v的大小及c束中的離子射出磁場(chǎng)邊界HG時(shí)與H點(diǎn)的距離s；(2)求探測(cè)到三束離子時(shí)探測(cè)板與邊界HG的最大距離Lmax；(3)若打到探測(cè)板上的離子被全部吸收，求離子束對(duì)探測(cè)板的平均作用力的豎直分量F與板到HG距離L的關(guān)系。１７．如圖所示，速度選擇器兩板間電壓為U、相距為d，板間有垂直紙面向里、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場(chǎng)；在緊靠速度選擇器右側(cè)的圓形區(qū)域內(nèi)，分布著垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B未知，圓形磁場(chǎng)區(qū)域半徑為R。一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶正電的粒子在速度選擇器中做直線運(yùn)動(dòng)，從M點(diǎn)沿圓形磁場(chǎng)半徑方向進(jìn)入磁場(chǎng)，然后從N點(diǎn)射出，O為圓心，∠MON＝120°，粒子重力可忽略不計(jì)。求：(1)粒子在速度選擇器中運(yùn)動(dòng)