质谱仪_章节学习

1

题型：简答题

|

简答题

回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图为回旋加速器的示意图．D1、D2是两个中空的铝制半圆形金属扁盒，在两个D形盒正中间开有一条狭缝，两个D形盒接在高频交流电源上．在D1盒中心A处有粒子源，产生的带电粒子在两盒之间被电场加速后进入D2盒中．两个D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动，经过半个圆周后，再次到达两盒间的狭缝，控制交变电压的周期，保证带电粒子经过狭缝时再次被加速．如此，粒子在做圆周运动的过程中一次一次地经过狭缝，一次一次地被加速，速度越来越大，运动半径也越来越大，最后到达D形盒的边缘，以最大速度被导出．已知带电粒子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小恒为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，狭缝之间的距离为d，设从离子源产生的带正电粒子的初速度为零．不计粒子受到的重力，求：

（1）为了使正电粒子每经过窄缝都被加速，求交变电压的频率

（2）带电粒子在D1盒中第n个半圆的半径；

（3）试说明粒子从离子源开始到导出回旋加速器，在电场中加速时间和磁场中偏转时间相比较而言电场加速时间忽略不计的条件．

正确答案

解：（1）交变电压的周期与粒子在磁场中运动的周期相等，

根据T=得，

交变电压的频率f=．

（2）根据动能定理得，2，

解得v=，

根据qvB=得，R=．

（3）设经过n次加速，

在电场中加速的总时间为：t1=

带电粒子在磁场中运动的周期不变，在D形盒中回旋的总时间为t2=n

当时，有：，

解得d

答：（1）交变电压的频率；

（2）带电粒子在D1盒中第n个半圆的半径；

（3）电场加速时间忽略不计的条件为．

解析

解：（1）交变电压的周期与粒子在磁场中运动的周期相等，

根据T=得，

交变电压的频率f=．

（2）根据动能定理得，2，

解得v=，

根据qvB=得，R=．

（3）设经过n次加速，

在电场中加速的总时间为：t1=

带电粒子在磁场中运动的周期不变，在D形盒中回旋的总时间为t2=n

当时，有：，

解得d

答：（1）交变电压的频率；

（2）带电粒子在D1盒中第n个半圆的半径；

（3）电场加速时间忽略不计的条件为．

1

题型：多选题

|

多选题

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示．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（　　）

A交变电压的频率与离子做匀速圆周运动的频率

B离子获得的最大动能与加速电压无关

C离子获得的最大动能与D形盒的半径有关

D离子从电场中获得能量

正确答案

A,B,C,D

解析

解：A、交变电压的频率与离子做匀速圆周运动的频率，否则离子不会始终被加速的．故A正确．

BC、设D形盒的半径为R，当离子圆周运动的半径等于R时，获得的动能最大，则由Bqv=m 可得：

v=，则最大动能Ekm=mv2=．可见，最大动能与加速电压无关，增大D形盒的半径可增加离子从回旋加速器中获得的最大动能．故BC正确；

D、离子每次通过D形盒D1、D2间的空隙时，电场力做正功，动能增加，所以离子从电场中获得能量，D正确．

故选：ABCD．

1

题型：单选题

|

单选题

如图所示为一种获得高能粒子的装置，环形区域内存在垂直纸面向外、大小可调节的均匀磁场，质量为m，电荷量为+q的粒子在环中做半径为R的圆周运动，A、B为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子顺时针飞经A板时，A板电势升高为U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间电场中得到加速，每当粒子离开B板时，A板电势又降为零，粒子在电场一次次加速下动能不断增大，而绕行半径不变（　　）

A粒子从A板小孔处由静止开始在电场作用下加速，绕行n圈后回到A板时获得的总动能为2nqU

B在粒子绕行的整个过程中，若A板电势始终保持为+U，粒子仍可不断加速

C在粒子绕行的整个过程中，每一圈的周期不变

D为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动，磁场必须周期性递增，则粒子绕行第n圈时的磁感应强度为

正确答案

D

解析

解：A、粒子在电场中加速，根据动能定理，有En=nqU，故A错误；

B、在粒子绕行的整个过程中，若A板电势始终保持为+U，粒子再次经过电场v与受力方向相反，故将减速，故B错误；

C、粒子始终保持做半径为的匀速圆周运动，T=2π，显然因粒子能量不同，其速度也不同，则周期不可能不变，故C错误；

D、由动能定理知 nqU=mvn2；得到vn=；

由牛顿第二定律，则有：m=qvnBn

解得：Bn=，以vn结果代入，得感应强度为B= ，故D正确；

故选：D．

1

题型：单选题

|

单选题

质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备，它的构造原理如图所示．离子源S产生的各种不同正离子束（速度可视为零），经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场，运转半周后到达照相底片上的P点．设P到S1的距离为x，则（　　）

①若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越小

②若离子束是同位素，则x越大对应的离子质量越大

③只要x相同，对应的离子质量一定相同

④只要x相同，对应的离子的比荷一定相等．

A①②

B②④

C①③

D③④

正确答案

B

解析

解：①②根据动能定理得，qU=mv2，得v=．

由qvB=m 得，r==；

而x=2r=．

若粒子束是同位素，x越大对应的离子质量越大．故①错误，②正确．

③④、x=2r=，知只要x相同，对应的离子的比荷一定相等，而质量不一定相等．故③错误，④正确．

故选：B．

1

题型：填空题

|

填空题

如果回旋加速器所加电压为U，磁场的磁感应强度为B，将一个质量为m，带电荷量为q的带电粒子加速到V的速度时，则带电粒子被加速______次，带电粒子在回旋加速器中运动的时间为______．

正确答案

解析

解：一次加速粒子获得的动能，

根据动能定理，则有：EK0=qU；

由带电荷量为q的带电粒子加速到V的速度时，则有：加速次数N=，

粒子在磁场中运动的周期为：T=；

根据加速两次，完成一个周期，则有：

带电粒子在回旋加速器中运动的时间为：t==

故答案为：，．

热门试卷

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析