质谱仪_章节学习

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题型：单选题

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单选题

用如图所示的回旋加速器分别加速氘核H和氦核He．下列说法中正确的是（　　）

A它们的最大速度相同

B它们的最大动能相同

C加速氘核H时高频电源的频率大于加速氦核He的频率

D加速氘核H时高频电源的频率小于加速氦核He的频率

正确答案

A

解析

解：A、根据R= 知，粒子的最大速度v=，氘核的比荷与氦核的比荷相等，

则最大速度相等．最大动能Ek=mv2=，因为两原子核的比荷相等，电荷量不等，则最大动能不等．故A正确、B错误．

CD、根据周期T=知，两原子核的比荷相等，则周期相同，即频率相同．故CD错误．

故选：A．

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题型：简答题

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简答题

回旋加速器的工作原理如图所示，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以忽略不计．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直．A处粒子源产生的粒子，质量为m、电荷量为+q，在加速器中被加速，加速电压为U．设粒子初速度为零，加速过程中不考虑相对论效应和重力作用

（1）求粒子能获得的最大动能Ekm

（2）求粒子从静止开始加速到出口处所需的时间t．

正确答案

解：（1）根据得，v=

则最大动能．

（2）粒子被电场加速一次动能的增加qU

则粒子被加速的次数n==

粒子在磁场中运动周期的次数

T=

则粒子从静止开始到出口处所需的时间t=n′T=．

解析

解：（1）根据得，v=

则最大动能．

（2）粒子被电场加速一次动能的增加qU

则粒子被加速的次数n==

粒子在磁场中运动周期的次数

T=

则粒子从静止开始到出口处所需的时间t=n′T=．

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题型：多选题

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多选题

美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，能使粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量，使人类在获得较高能量带电粒子方面前进了一大步．如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在AC板间，虚线中间不需加电场，如图所示，带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是（　　）

A带电粒子每运动一周被加速一次

B带电粒子每运动一周P1P2等于P2P3

C加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关

D加速电场方向需要做周期性的变化

正确答案

A,C

解析

解：AD、带电粒子只有经过AC板间时被加速，即带电粒子每运动一周被加速一次．电场的方向没有改变，则在AC间加速．故A正确，D错误．

B、根据r=，则P1P2=2（r2-r1）=，因为每转一圈被加速一次，根据v2-v12=2ad，知每转一圈，速度的变化量不等，且v3-v2＜v2-v1，则P1P2＞P2P3．故B错误．

C、当粒子从D形盒中出来时，速度最大，根据r=得，v=．知加速粒子的最大速度与D形盒的半径有关．故C正确．

故选：AC．

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题型：多选题

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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源两极相连的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，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的匀强磁场中，如图所示．设D形盒半径为R．若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f．则下列说法正确的是（　　）

A带电粒子在磁场中运动的周期和交变电流的周期相等

B质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关

C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值

D不改变磁场的磁感应强度和交变电流的频率，该回旋加速器也能用于加速α粒子

正确答案

A,B

解析

解：回旋加速器的工作原理是带电粒子在回旋加速器中，靠电场加速，磁场偏转，其在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等，当粒子从D形盒中出来时，速度最大，此时运动的半径等于D形盒的半径．当粒子在磁场中运动时，qvB= 得：R=

A、据加速器的工作原理可知，在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等，故A正确；

BC、据上公式可知，粒子的最大速度由D形盒的半径决定，与加速电场的电压无关；且质子的最终速度与半径R相对应，并不能加速到任意值，故B正确，C错误；

D、当质子α粒子，在磁场的运动周期发生变化，即在磁场的周期与在电场的周期不相等，不满足回旋加速器的工作原理，故D错误．

故选：AB．

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题型：多选题

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多选题

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质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR

B质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比

C质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径粒子出之比为

D不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器也能用于α粒子加速

正确答案

A,C

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=．所以最大速度不超过2πfR．故A正确．

B、根据，知v=，则最大动能．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，根据知，质子第二次和第一次经过D形盒狭缝的速度比为，根据r=，则半径比为．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．

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