- 质谱仪
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回旋加速器是用来加速带电粒子的装置,如图所示,如果用同一加速器分别加速氚(
H)和α粒子(
He),则它们所加的高频交变电流的周期之比为______,获得的最大动能之比为______.
正确答案
3:2
1:3
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3
而α粒子(24He)的质量与电量的比值2,
所以它们所加的高频交变电流的周期之比3:2.
根据qvB=m得,最大速度v=
,则最大动能为: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,
故答案为:3:2,1:3.
如图所示为一种质谱仪示意图,由加速电场.静电分析器和磁分析器组成.若静电分析器通道中心线的半径为R,通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为E,磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场,磁感应强度大小为B.方向垂直纸面向外.一质量为m.电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器,由P点垂直边界进入磁分析器,最终打到胶片上的Q点.不计粒子重力.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由左手定则可知,粒子带正电,而粒子在MN间被加速,故A正确;
B、根据电场力提供向心力,则有qE=,
又有电场力加速运动,则有qU=mv2,从而解得:U=
,故B正确;
C、根据洛伦兹力提供向心力,则有:qvB=,结合上式可知,PQ=
,
若一群离子从静止开始经过上述过程都落在胶片上同一点说明运动的直径相同,由于磁场,电场与静电分析器的半径不变,则该群离子具有相同的比荷,故C错误,D也错误;
故选:AB.
如图所示为回旋加速器的原理图,关于回旋加速器的下列说法正确的有( )
正确答案
解析
解:A、回旋加速器D形盒中的磁场是匀强磁场.故A错误.
B、粒子在磁场中运动的周期不变,大小等于交流电源的周期,所以接线柱P、Q之间应接频率恒定的交流电源.故B正确.
C、设D形盒的半径为R,根据qvB=,解得v=
,则最大动能
,与加速电压无关,与回旋的圈数无关.故C错误,D错误.
故选:B.
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、接交流电压为U,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.现加速质量为m、电荷量为+q的粒子,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、粒子在电场中加速,在磁场中偏转,故A错误;
B、根据粒子在磁场中周期公式T=,因此交变电场的周期为T=
,故B错误;
C、根据粒子在磁场中半径公式,及动能定理,则有:nqU=,与Rn=
(n+1)qU=与Rn+1=
解得:Rn:Rn+1=:
,故C正确;
D、根据半径公式Rm=,那么粒子获得的最大速度vm=
,与电源的电压无关,故D错误;
故选:C.
如图所示为一种获得高能粒子的装置.A、B为两块中心开有小孔的极板,每当带电粒子经过A、B板时,都会被加速.其原理如下:当粒子飞到A板小孔时,A、B板间的加速电压变为U;每当粒子飞离电场后即做匀速圆周运动,A、B板间的电势差立即变为零.粒子在A、B间的电场中一次次被加速,动能不断增大,并保持匀速圆周运动半径R不变(A、B两极板间的距离远小于R).当t=0时,质量为m、电荷量为+q的粒子正好静止在A板小孔处,不考虑带电粒子重力的影响.若两板间距为d,则该粒子第一次飞过两板间所需时间为______;该粒子第九次和第十次飞过两板间所需时间之比为______(无需分母有理化).
正确答案
d
(3-):(
-3)
解析
解:粒子在每一圈的运动过程中,包括在MN板间加速过程和在磁场中圆周运动过程.
在MN板间经历n次加速过程中,因为电场力大小相同,故有:nd=•
•
即加速n次的总时间 t加=d
因此第一飞过两板间所需时间为t1=d;
当粒子第九次和第十次飞过两板间所需时间之比为t9:t10=(-
):(
-
)=(3-
):(
-3);
故答案为:d;(3-
):(
-3).
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