质谱仪
共880题

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质谱仪
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题型：简答题

简答题

图是回旋加速器的原理图，设在D型盒上半面中心出口处A有一正离子源（离子出发时初速不计），正离子的带电量为q，质量为m，加速时电极间电压大小为U，磁场的磁感强度为B，求：

（1）离子在下半盒中第1条和第k条轨道半径之比为为多少？

（2）设D型盒的半径为R，离子能获得的最大动能为多少？

正确答案

解：（1）根据动能定理可知，设离子在下半盒中第1条的速度v1；则有：qU=；

当在第k条轨道速度，则有：（2k-1）qU=；

又由洛伦兹力提供向心力，结合牛顿第二定律，则有：R1=，

而第k条轨道半径，Rk=；

因此第1条和第k条轨道半径之比为R1：Rk=：=1：；

（2）当粒子的半径达最大时，必须将带电粒子引出，此时由Bqv=m

可得：

v=，则最大动能Ek=mv2=；

答：（1）离子在下半盒中第1条和第k条轨道半径之比为1：；

（2）设D型盒的半径为R，离子能获得的最大动能为=．

解析

解：（1）根据动能定理可知，设离子在下半盒中第1条的速度v1；则有：qU=；

当在第k条轨道速度，则有：（2k-1）qU=；

又由洛伦兹力提供向心力，结合牛顿第二定律，则有：R1=，

而第k条轨道半径，Rk=；

因此第1条和第k条轨道半径之比为R1：Rk=：=1：；

（2）当粒子的半径达最大时，必须将带电粒子引出，此时由Bqv=m

可得：

v=，则最大动能Ek=mv2=；

答：（1）离子在下半盒中第1条和第k条轨道半径之比为1：；

（2）设D型盒的半径为R，离子能获得的最大动能为=．

题型：单选题

单选题

一个回旋加速器，保持外加磁场的磁感应强度不变，对质子（H）加速时，可把质子的速度加到最大为v1，所用电场频率为f1；对α粒子（He）加速时，可把α粒子的速度加速到最大为v2，所用电场频率为f2，在不考虑相对论效应的情况下有（　　）

Av1=2v2，f1=2f2

正确答案

解析

解：带电粒子在磁场中的运动周期为：T=，则有：f=，

因为加速电场的变化周期与粒子在磁场中运动的周期相等，

质子（H），而α粒子（He）；

那么质子在磁场中运动的周期是α粒子的，则加速电场的变化频率是α粒子2倍，即为f1=2f2．

根据qvB=m，R为D形盒的半径，最大速率为v=，

质子与α粒子比荷之比2：1，则质子的最大速率是α粒子2倍，即v1=2v2．故A正确，BCD错误．

故选：A．

题型：单选题

单选题

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，回旋加速器是加速带电粒子的装置，由两个铜质D形金属盒构成，其间留有狭缝，狭缝中加有周期性变化的电场，如图所示，则下列说法正确的是（　　）

A带电粒子从加速器的中心附近进入加速器

B带电粒子从磁场中获得能量

C增大电场的加速电压可以增大带电粒子射出时的动能

D增大D形金属盒的半径可以增大带电粒子射出时的动能

正确答案

解析

解：A、被加速离子由加速器的中心附近进入加速器，而从边缘离开加速器．故A错误．

B、粒子在磁场中偏转，洛伦兹力不做功，在电场中加速，电场力做正功，知离子在电场中获得能量，在磁场中能量不变．故B错误．

C、根据qvB=m 得，v=，则粒子的最大动能Ekm=mv2=，与加速的电压无关．故C错误，D正确．

故选：D．

题型：多选题

多选题

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、磁感应强度大小可调的均匀磁场．带电粒子可在环中做圆周运动．A、B为两块中心开有小孔的距离很近的极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过A板准备进入AB之间时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速．每当粒子离开B板时，A板电势又降为零．粒子在电场的加速下动能不断增大，而在环形磁场中绕行半径R不变，若粒子通过A、B的时间不可忽略，能定性反应A板电势U和环形区域内的磁感应强度B分别随时间t变化的是（　　）

正确答案

B,C

解析

解：粒子每经过AB间后，速度增加，根据R=知，速度增大，半径不变，则磁感应强度变大，根据T=知，粒子在磁场中运动的周期变小，每经过一个周期，粒子被加速一次，则电压的变化周期变小．因为速度增加，每次经过加速电场的时间变短．故B、C正确，A、D错误．

故选：BC．

题型：单选题

单选题

如图所示是质谱议的工作原理示意图，带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器，速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E，平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有强度为B0的匀强磁场，下列表述正确的是（　　）

A图中所示的是带负电粒子的运动轨迹

B能通过狭缝P的带电粒子的速度等于

C速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内

D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小

正确答案

解析

解：A、带电粒子在磁场中向左偏转，根据左手定则，知该粒子带正电．故A错误．

B、在速度选择器中，电场力与洛伦兹力平衡，有：qE=qvB，则v=．故B正确．

C、该粒子带正电，则电场力方向水平向右，则洛伦兹力水平向左，根据左手定则知，磁场方向垂直纸面向外．故C错误．

D、经过速度选择器进入磁场B‘的粒子速度相等，根据r=知，粒子打在AlA2上的位置越靠近P，则半径越小，粒子的比荷越大．故D错误．

故选B．

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