质谱仪_章节学习

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题型：单选题

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单选题

质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，如图所示．它的工作原理是带电粒子（不计重力）经同一电场加速后，垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子质量．图中虚线为某粒子运动轨迹，由图可知（　　）

A此粒子带负电

B下极板S2比上极板S1电势高

C若只增大加速电压U，则半径r变大

D若只增大入射粒子的质量，则半径r变小

正确答案

C

解析

解：根据动能定理得：qU=mv2，由qvB=m得：r=．

A、由图结合左手定则可知，该电荷带正电．故A错误．

B、粒子经过电场要加速，因正电粒子，所以下极板S1比上极板S2电势低．故B错误．

C、若只增大加速电压U，由上式可知，则半径r变大，故C正确，

D、若只增大入射粒子的质量，q不变，由上式可知，则半径也变大．故D错误．

故选：C．

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题型：简答题

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简答题

如图所示，回旋加速器的最大半径为R，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于D形盒的平面，处于两盒间隙中心的离子源射出质量为m、电荷量为q的正离子，经加速器加速后可达到的最大动能为______，交变电流的频率为______，若加速电压的大小为U，则离子要回旋______次，才能达到这样的能量．

正确答案

解：根据qvB=m得，v=，则粒子的最大动能Ekm=mv2=．

根据周期公式，T=，则有f=

若加速电压的大小为U，一次加速的能量为E0=qU；

则离子要回旋次数为N==；

故答案为：；；．

解析

解：根据qvB=m得，v=，则粒子的最大动能Ekm=mv2=．

根据周期公式，T=，则有f=

若加速电压的大小为U，一次加速的能量为E0=qU；

则离子要回旋次数为N==；

故答案为：；；．

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题型：多选题

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多选题

环形对撞机是研究高能离子的重要装置，如图所示正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向注入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B．（两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞区迎面相撞）为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动，下列说法正确的是（　　）

A对于给定的加速电压，带电粒子的比荷越大，磁感应强度B越小

B对于给定的加速电压，带电粒子的比荷越大，磁感应强度B越大

C对于给定的带电粒子，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变

D对于给定的带电粒子，加速电压U越大，粒子运动的周期越小

正确答案

A,D

解析

解：电子在加速电场中，根据动能定理得

qU=mv2 …①

电子在匀强磁场中由洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得

qvB=m …②

得到，电子圆周运动的半径r=

周期T=

AB、对于给定的加速电压，v不变，又由题得知，r不变，则带电粒子的比荷越大，则B越小．故A周期，B错误．

CD、由上可知，加速电压U越大，电子获得的速度v越大，要保持半径r不变，B应增大，则T会减小．故C错误，D正确．

故选：AD．

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题型：填空题

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填空题

在D型盒回旋加速度器中，高频交变电压（假设为右图所示的方形波）加在a板和b板间，带电粒子在a、b间的电场中加速，电压大小为U=800V，在匀强磁场中做匀速圆周运动，磁感应强度大小B=0.628T，a板与b板间的距离d=0.1mm，被加速的粒子为质子，质子的质量约为m=1.6×10-27kg，电荷量为q=1.6×10-19C．t=0时刻，静止的质子从靠近a板的P点开始第1次加速，t=T/2时刻恰好第2次开始加速，t=T时刻恰好第3次开始加速，…，每隔半个周期加速一次．（每一次加速的时间与周期相比可以忽略，不考虑相对论中因速度大而引起质量变化的因素）

（1）求交变电压的周期T．

（2）求第900次加速结束时，质子的速度多大？

（3）虽然每一次的加速时间可以忽略，但随着加速次数的增多，在电场中运动的时间累积起来就不能忽略了．求第n次完整的加速过程结束时质子在ab间电场中加速运动的总时间t（用相关物理量的字母符号如U、d…表示，不需代入数值）

正确答案

解析

解：

（1）交变电压的周期T恰等于质子在磁场中圆周运动的周期，即

T=①

代入得T=s=1.0×10-7s ②

（2）对900次加速的整个过程应用动能定理

NqU=③

得V==m/s=1.2×107m/s ④

（3）每次加速都是一个匀加速过程，而在磁场中速率不变，所以可以把n次加速的过程看成一个一次性加速过程．

对整个应用牛顿第二定很和运动学公式⑤

得a=⑥

nd=⑦

得t加=⑧

答：（1）则交变电压的周期1.0×10-7s．

（2）则第900次加速结束时，质子的速度1.2×107m/s；

（3）虽然每一次的加速时间可以忽略，但随着加速次数的增多，在电场中运动的时间累积起来就不能忽略了．则第n次完整的加速过程结束时质子在ab间电场中加速运动的总时间．

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题型：单选题

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单选题

回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示，它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，在两盒间的窄缝中形成交变电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速．两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出，如果用同一回旋加速器分别加速氚核（H）和α粒子（He），比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，可知（　　）

A加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小

B加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大

C加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小

D加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大

正确答案

A

解析

解：带电粒子在磁场中运动的周期与交流电源的周期相同，根据T=，知氚核（13H）的质量与电量的比值大于α粒子（24He），所以氚核在磁场中运动的周期大，则加速氚核的交流电源的周期较大．

根据qvB=m得，最大速度v=，则最大动能EKm=mv2=，

氚核的质量是α粒子的倍，氚核的电量是倍，则氚核的最大动能是α粒子的倍，即氚核的最大动能较小．故A正确，B、C、D错误．

故选：A．

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