质谱仪_章节学习

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题型：多选题

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多选题

图甲是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个“D”形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．带电粒子运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列说法正确的是（　　）

A在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1

B高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1

C要使粒子获得的最大动能增大，可以增大“D”形盒的半径

D在磁感应强度、“D”形盒半径，粒子的质量及其电荷量不变的情况下，粒子的加速次数越多，粒子的最大动能一定越大

正确答案

A,C

解析

解：A、根据周期公式T= 知，粒子的回旋的周期不变，与粒子的速度无关，所以t4-t3=t3-t2=t2-t1．故A正确．

B、交流电源的周期必须和粒子在磁场中运动的周期一致，故电源的变化周期应该等于2（tn-tn-1），故B错误；

C、根据半径公式r=知，v=，则粒子的最大动能Ek=mv2=，与加速的次数无关，与D形盒的半径以及磁感应强度有关．故C正确，D错误．

故选：AC．

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题型：单选题

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单选题

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，质量为m、电荷量为+q，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（　　）

A不改变磁感应强度B与交流电频率f，该回旋加速器也能用于氚核加速

B质子从磁场中获得能量

C质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比

D改变电压U会影响质子在回旋加速器中运动时间

正确答案

D

解析

解：A、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，换用氚核，粒子的比荷变化，在磁场中运动的周期变化，而不改变磁感应强度B与交流电频率f，加速电场的周期不变，破坏了回旋加速器的工作条件，从而不能加速氚核．故A错误．

B、质子在磁场中所受的洛伦兹力对质子不做功，不能改变质子的动能，所以质子不能从磁场中获得能量，故B错误．

C、根据qvB=m，R是D形金属盒的半径，知质子获得的最大速度 v=，则最大动能EKm=mv2=，与加速的电压无关．故C错误

D、根据质子圆周运动的周期公式T=，T与质子的速度大小无关，所以若只改变加速电压U，不会改变质子在回旋加速器中运行的周期，但加速次数变化，则运行时间也会变化．故D正确．

故选：D．

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题型：单选题

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单选题

（2015秋•西昌市期末）用同一回旋加速器加速粒子，下列说法正确的是（　　）

A电场和磁场交替使带电粒子加速

B电场电压越大，粒子最后获得的动能最大

C磁场强弱不影响粒子最后获得的动能

D磁场越强，粒子最后获得的动能越大

正确答案

D

解析

解：A、回旋加速器是利用电场对粒子进行行加速和磁场进行偏转．故A错误．

B、最大动能EKm=mv2=，与交流电压的电压无关，故B错误；

CD、根据qvB=m得最大速度为：v=，则最大动能为：EKm=mv2=，

知同一粒子，回旋加速器的半径一定时，磁场越大，获得的动能越大．故C错误，D正确．

故选：D．

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题型：简答题

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简答题

如图回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B．一个质量了m、电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为零开始加速．

（1）求该回旋加速器所加交变电场的频率；

（2）求粒子离开回旋加速器时获得的动能；

（3）设两D形盒间的加速电压为U，质子每次经电场加速后能量增加，加速到上述能量所需时间（不计在电场中的加速时间）．

正确答案

解：（1）由回旋加速器的工作原理知，交变电场的频率与粒子在磁场运动的频率相等，由T粒子=得：

f电=f粒子==；

（2）由洛伦兹力提供向心力得：Bqvm=m

所以：vm=

联立解得：

（3）加速次数：

N=

粒子每转动一圈加速两次，故转动的圈数为：

n=

粒子运动的时间为：

t=nT

联立解得：

t=

答：（1）该回旋加速器所加交变电场的频率为；

（2）粒子离开回旋加速器时获得的动能为；

（3）设两D形盒间的加速电压为U，质子每次经电场加速后能量增加，加速到上述能量所需时间为．

解析

解：（1）由回旋加速器的工作原理知，交变电场的频率与粒子在磁场运动的频率相等，由T粒子=得：

f电=f粒子==；

（2）由洛伦兹力提供向心力得：Bqvm=m

所以：vm=

联立解得：

（3）加速次数：

N=

粒子每转动一圈加速两次，故转动的圈数为：

n=

粒子运动的时间为：

t=nT

联立解得：

t=

答：（1）该回旋加速器所加交变电场的频率为；

（2）粒子离开回旋加速器时获得的动能为；

（3）设两D形盒间的加速电压为U，质子每次经电场加速后能量增加，加速到上述能量所需时间为．

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题型：多选题

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多选题

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器．如图甲所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能EK随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断中正确的是（　　）

A粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大

B若增大磁感应强度，为保证该粒子每次进人电场均被加速，应增大高频电源交流电的频率

C带电粒子在两D型盒中运动时间可能不相同

D不同带电粒子经过回旋加速器获得的最大动能有可能相同

正确答案

B,D

解析

解：AD、根据公式Bqv=m，有v=，v与加速电压无关，故最大动能E=，与加速电压无关，故A错误，不同带电粒子经过回旋加速器获得的最大动能有可能相同，故D正确；

B、由公式T=知若增大磁感应强度，周期减小，频率增大，故为保证该粒子每次进人电场均被加速，应增大高频电源交流电的频率，故B正确；

C、由公式T=知速度增加，但周期不变，故带电粒子在两D型盒中运动时间相同，故C错误；

故选：BD．

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