质谱仪_章节学习

1

题型：简答题

|

简答题

回旋加速器D型盒中央为质子源，D型盒间的交变（方波）电压为U=2×104V，静止质子经电场加速后，进入D型盒，其最大轨道半径R=1m，磁感应强度B=0.5T，质子质量m=1.67×10-27kg，电荷量e=1.6×10-19C．求：

（1）质子最初进入D型盒的动能多大？

（2）质子经回旋加速器最后得到的动能多大？

（3）交变电源的频率．

正确答案

解：（1）质子在电场中被加速，根据动能定理，

则有最初进入下方D型盒的动能：Ek=eU=1.6×10-19C×2×104V=3.2×10-15J；

（2）根据qvB=m 得，粒子出D形盒时的速度vm=，

则粒子出D形盒时的动能Ekm=m===1.9×10-12 J；

（3）由洛伦兹力提供向心力，则有：Bqv=m；

而T=，所以粒子在磁场中运行周期为T=；

因一直处于加速状态，则磁场中的周期与交流电源的周期相同，

即为：T=

那么交变电源的频率f===7.6×106Hz；

答：

（1）质子最初进入D型盒的动能3.2×10-15J；

（2）质子经回旋加速器最后得到的动能1.9×10-12 J；

（3）交变电源的频率7.6×106Hz．

解析

解：（1）质子在电场中被加速，根据动能定理，

则有最初进入下方D型盒的动能：Ek=eU=1.6×10-19C×2×104V=3.2×10-15J；

（2）根据qvB=m 得，粒子出D形盒时的速度vm=，

则粒子出D形盒时的动能Ekm=m===1.9×10-12 J；

（3）由洛伦兹力提供向心力，则有：Bqv=m；

而T=，所以粒子在磁场中运行周期为T=；

因一直处于加速状态，则磁场中的周期与交流电源的周期相同，

即为：T=

那么交变电源的频率f===7.6×106Hz；

答：

（1）质子最初进入D型盒的动能3.2×10-15J；

（2）质子经回旋加速器最后得到的动能1.9×10-12 J；

（3）交变电源的频率7.6×106Hz．

1

题型：简答题

|

简答题

质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域．汤姆孙发现电子的质谱装置示意如图，M、N为两块水平放置的平行金属极板，板长为L，板右端到屏的距离为D，且D远大于L，O′O为垂直于屏的中心轴线，不计离子重力和离子在板间偏离O′O的距离．以屏中心O为原点建立xOy直角坐标系，其中x轴沿水平方向，y轴沿竖直方向．设一个质量为m0、电荷量为q0的正离子以速度v0沿O′O的方向从O′点射入，板间不加电场和磁场时，离子打在屏上O点．若在两极板间加一沿+y方向场强为E的匀强电场，求离子射到屏上时偏离O点的距离y0．

正确答案

解：离子在电场中受到的电场力 Fy=q0E

离子获得的加速度 ay=

离子在板间运动的时间 t0=

到达极板右边缘时，离子在+y方向的分速度 vy=ayt0

离子从板右端到达屏上所需时间 t′0=

离子射到屏上时偏离O点的距离 y0=ay+vyt‘0

由上述各式，得 y0=

答：离子射到屏上时偏离O点的距离．

解析

解：离子在电场中受到的电场力 Fy=q0E

离子获得的加速度 ay=

离子在板间运动的时间 t0=

到达极板右边缘时，离子在+y方向的分速度 vy=ayt0

离子从板右端到达屏上所需时间 t′0=

离子射到屏上时偏离O点的距离 y0=ay+vyt‘0

由上述各式，得 y0=

答：离子射到屏上时偏离O点的距离．

1

题型：简答题

|

简答题

回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底面的匀强磁场，D形盒中央为质子流，D形盒的交流电压为U，静止质子经电场加速后，进入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B，质子质量为m，电荷量为q，求：

（1）交流电源的频率是多少．

（2）质子经回旋加速器最后得到的最大动能多大；

（3）质子在D型盒内运动的总时间t（狭缝宽度小于R，质子在狭缝中运动时间不计）

正确答案

解：（1）质子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，设质子的速度为v，则：qBv=m，

解得：v=，

根据T=，f=

得：T=，f=

（2）质子的最大运动半径即R，由：

则有最大动能为：EKm===．

（3）质子在每一个周期内两次经过电场，即每一个周期内电场对质子加速两次，设需要经过n次加速粒质子的动能达到最大，则：

所以质子在D型盒内运动的总时间：t=

联立方程得：t=

答：（1）交流电源的频率是．

（2）质子经回旋加速器最后得到的最大动能是；

（3）质子在D型盒内运动的总时间是．

解析

解：（1）质子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，设质子的速度为v，则：qBv=m，

解得：v=，

根据T=，f=

得：T=，f=

（2）质子的最大运动半径即R，由：

则有最大动能为：EKm===．

（3）质子在每一个周期内两次经过电场，即每一个周期内电场对质子加速两次，设需要经过n次加速粒质子的动能达到最大，则：

所以质子在D型盒内运动的总时间：t=

联立方程得：t=

答：（1）交流电源的频率是．

（2）质子经回旋加速器最后得到的最大动能是；

（3）质子在D型盒内运动的总时间是．

1

题型：多选题

|

多选题

回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电两极相连的两个D形金属盒，两盒间狭缝中形成的周期性变化的匀强电场，使粒子在每次通过狭缝时都能得到加速，两D形盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，如图所示，设匀强磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R，狭缝间的距离为d，匀强电场间的加速电压为U，要增大带电粒子射出时的动能（电荷量为q、质量为m，不计重力），则下列方法中正确的是（　　）

A增大匀强电场间的加速电压U

B适当增大狭缝间的距离d

C增大磁场的磁感应强度B

D增大D形金属盒的半径R

正确答案

C,D

解析

解：根据得，v=，则粒子射出时的动能，最大动能与磁感应强度、D形盒的半径有关，与加速电压、狭缝间的距离无关．故C、D正确，A、B错误．

故选CD．

1

题型：多选题

|

多选题

粒子回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的D型金属盒的半径为R，两金属盒间的狭缝很小，磁感应强度为B的匀强磁场与金属盒盒面垂直，高频率交流电的频率为f，加速电压的电压为U，若中心粒子源处产生的质子质量为m，电荷量为+e，在加速器中被加速．不考虑相对论效应，则下列说法正确是（　　）

A质子第二次和第一次经过D型盒间狭缝后轨道半径之比为：1

B加速的粒子获得的最大动能随加速电场U增大而增大

C质子被加速后的最大速度不能超过2πRf

D不改变磁感应强度B和交流电的频率f，该加速器也可加速α粒子

正确答案

A,C

解析

解：A、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qU=，得v=，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A正确．

B、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B错误．

C、质子出回旋加速器的速度最大，此时的半径为R，最大速度为：v==2πRf，故C正确．

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：AC．

热门试卷

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析

正确答案

解析