- 质谱仪
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关于回旋加速器中,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、回旋加速器是利用电场进行加速,磁场进行偏转.故A错误,D正确.
B、根据qvB=m,知最大速度v=
,则最大动能EK=
mv2=
,知同一粒子,回旋加速器的半径越大,磁场越强,获得最大动能越大.故B错误.
C、最大动能EK=mv2=
,跟交流电源的电压无关,与磁感应强度有关.故C错误.
故选:D.
如图测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图如图所示.设法使某有机化合物的气态分子导人图中所示的容器A中,使它受到电子束轰击,失去一个电子变成为正一价的分子离子.分子离子从狭缝S1以很小的速度进人电压为U的加速电场区(初速不计)加速后,再通过狭缝S2、S3射人磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直于磁场区的界面PQ.最后,分子离子打到感光片上,形成垂直于纸面且平行于狭缝S3的细线.若测得细线到狭缝S3的距离为d.试推导出分子离子质量m的表达式.
正确答案
解:以m、q表示离子的质量、电量,以v表示离子从狭缝s2射出时的速度,
由动能定理得:mv2=qU ①,
射入磁场后,在洛仑兹力作用下做圆周运动,轨迹如图所示:
由牛顿第二定律得:qvB=m ②,
感光片上的细黑线到s3缝的距离:d=2R ③
由以上三式解得:m=;
答:分子离子的质量m的表达式为.
解析
解:以m、q表示离子的质量、电量,以v表示离子从狭缝s2射出时的速度,
由动能定理得:mv2=qU ①,
射入磁场后,在洛仑兹力作用下做圆周运动,轨迹如图所示:
由牛顿第二定律得:qvB=m ②,
感光片上的细黑线到s3缝的距离:d=2R ③
由以上三式解得:m=;
答:分子离子的质量m的表达式为.
劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器,工作原理示意图如图所示.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忽略.磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直,高频交流电频率为f,加速电压为U.若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速,且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、质子出回旋加速器的速度最大,此时的半径为R,则v==2πRf.所以最大速度不超过2πfR.故A正确.
B、根据qvB=m,知v=
,则最大动能EKm=
mv2=
.与加速的电压无关.故B错误.
C、粒子在加速电场中做匀加速运动,在磁场中做匀速圆周运动,根据v= 知,质子第二次和第一次经过D形盒狭缝的速度比为
:1,
根据r=,则半径比为
:1.故C错误.
D、带电粒子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等,根据T=知,换用α粒子,粒子的比荷变化,周期变化,回旋加速器需改变交流电的频率才能加速α粒子.故D错误.
故选:A.
一台回旋加速器可用频率为f1的交变电场把质子加速到v1,质子所获得的能量为E1,当这台加速器用频率为f2的交变电场加速α粒子时,粒子的速度为所获得的能量E2.则:
(1)V1:V2=______;
(2)E1:E2=______,f1:f2=______.
正确答案
2:1
1:1
2:1
解析
解:(1)根据qvB=,解得v=
,速度与加速的电压无关,与磁感应强度的大小和D型盒半径以及比荷有关,故v1:v2=q1m2:q2m1=1×4:2×1=2:1;
(2)由于动能E=mv2,v=
,故有:
=4×12:1×22=1:1;
交变电场的周期与带电粒子运动的周期相等,带电粒子在匀强磁场中运动的周期T=,故有f1:f2=q1m2:q2m1=1×4:2×1=2:1
故答案为:(1)2:1(2)1:1;2:1
(2015秋•南阳期末)如图所示,速度选择器中匀强电场的电场强度为E,匀强磁场的磁感应强度为B1,挡板右侧质谱仪中匀强磁场的磁感应强度为B2.速度相同的一束粒子(不计重力),由左侧沿垂直于E和B1的方向射入速度选择器后,又进入质谱仪,其运动轨迹如图所示,则下列说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、粒子进入磁场B2后,受洛伦兹力向下偏转,根据左手定则可知,粒子带正电;故A错误;
B、在速度选择器中,为使粒子不发生偏转,粒子所受到电场力和洛伦兹力是平衡力,即为qvB1=qE,所以电场与磁场的关系为:v=,故B错误;
C、D、能通过狭缝S0的带电粒子进入质谱仪后,洛伦兹力提供向心力,则:,所以:r=
,所以粒子的比荷
越小,打在胶片上的位置越远离狭缝S0,故C正确,D错误.
故选:C.
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