- 质谱仪
- 共880题
右图1是回旋加速器D型盒外观图,右图2是回旋加速器工作原理图.微观粒子从S处从静止开始被加速,达到其可能的最大速度Vm后将到达导向板处,由导出装置送往需要使用高速粒子的地方.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据半径公式r=知,v=
,则粒子的最大动能Ek=
mv2=
,与加速的电压无关,而最大动能与加速器的半径、磁感线强度以及电荷的电量和质量有关.半径越大,能量越大;磁场越强,能量越大;故A正确,C错误.
B、由上分析可知,加速粒子能量还与电荷的质量与电量有关,因此内部不允许存在空气,若有会影响粒子的比荷,故B错误;
D、根据周期公式T=,可知,加速粒子在磁场中运动周期不变,因此高频电源的周期是确定的,故D错误;
故选:A.
1932年,劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器.回旋加速器的工作原理如图所示,置于高真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过的时间可以忽略不计.磁感应强度B的匀强磁场与盒面垂直.一电荷量为q的带电粒子,在加速器中被加速后飞出,飞出时的动能为Ek.a、b为相邻圆轨道上的两点(a为最大半径的轨道上一点),且a、b两点所在的轨道半径之比Ra:Rb=5:4,加速过程中不考虑相对论效应和重力作用,求:
(1)粒子经过b点时的动能;
(2)两盒间加速电场的电压.
正确答案
解:(1)粒子在磁场中匀速圆周运动:
且Ek=mv2;
解得:Eb=Ek=
Ek;
(2)粒子从b点运动到a点电场力做功为:
2qU=Ek-Eb;
解得:U=;
答:(1)粒子经过b点时的动能Ek;
(2)两盒间加速电场的电压.
解析
解:(1)粒子在磁场中匀速圆周运动:
且Ek=mv2;
解得:Eb=Ek=
Ek;
(2)粒子从b点运动到a点电场力做功为:
2qU=Ek-Eb;
解得:U=;
答:(1)粒子经过b点时的动能Ek;
(2)两盒间加速电场的电压.
(2015秋•海淀区期末)如图所示,P、Q两平行金属板间存在着平行于纸面的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场,两板间的距离为d,电势差为U;金属板下方存在一有水平边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.电荷量为q的带正电的粒子,以速度v垂直于电场和磁场匀速通过P、Q两金属板间,并沿垂直磁场方向进入金属板下方的磁场,做半径为R的匀速圆周运动.不计两极板电场的边缘效应及粒子所受的重力.求:
(1)P、Q两金属板间匀强电场场强E的大小;
(2)P、Q两金属板间匀强磁场磁感应强度B0的大小;
(3)粒子的质量m.
正确答案
解:(1)根据匀强强度和电势差的关系有:E=
(2)因为粒子匀速通过P、Q两金属板间,则有:
解得:
(3)粒子进入下方的匀强磁场做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,
根据牛顿第二定律有:qvB=
可得:m=
答:(1)P、Q两金属板间匀强电场场强E的大小为;
(2)P、Q两金属板间匀强磁场磁感应强度B0的大小为;
(3)粒子的质量m为
解析
解:(1)根据匀强强度和电势差的关系有:E=
(2)因为粒子匀速通过P、Q两金属板间,则有:
解得:
(3)粒子进入下方的匀强磁场做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,
根据牛顿第二定律有:qvB=
可得:m=
答:(1)P、Q两金属板间匀强电场场强E的大小为;
(2)P、Q两金属板间匀强磁场磁感应强度B0的大小为;
(3)粒子的质量m为
回旋加速器的原理是:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期______,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D型盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会被一次一次的加速,则粒子获得的最大动能E=______,可见粒子获得最大动能是由______和D型盒的半径R决定,与加速电压______.
正确答案
相同
磁感应强度B
无关
解析
解:回旋加速器的原理是:交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相同,粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D型盒缝隙,两盒间的电势差一次一次地反向,粒子就会被一次一次的加速,设粒子获得的最大速度为v.
由qvB=m,v=
粒子获得的最大动能 E==
,可见粒子获得最大动能是由磁感应强度B和D型盒的半径R决定,与加速电压无关.
故答案为:相同,,磁感应强度B,无关.
一个用于加速质子的回旋加速器,其核心部分如图所示,D形盒半径为R,垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B,两D形盒分别与交流电源相连.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据R=得,最大速度v=
,则粒子离开D形盒的最大动能
,知最大动能与 两盒间的电压,加速的次数无关.故A、B错误.
C、质子在磁场中做匀速圆周运动,速度大小不变.故C错误.
D、根据T=知,质子在磁场中运动的周期与质子的速度无关.故D正确.
故选:D.
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