- 质谱仪
- 共880题
电子感应加速器的基本原理如图所示.在上、下两个电磁铁形成的异名磁极之间有一个环形真空室,图甲为侧视图,图乙为真空室的俯视图.电磁铁中通以变化的电流,从而在真空室内产生感生电场,电子从电子枪右端注入真空室,为了使电子在感生电场的作用下被加速,同时在洛伦兹力的作用下,在真空室中沿逆时针方向(图乙中箭头方向)做圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:AB、线圈中的电流增强,磁场就增大了,根据楞次定律,感生电场产生的磁场要阻碍它增大所以感生电场俯视图为顺时针方向,所以电子运动逆时针方向电场力作用下加速运动,在洛伦兹力约束下做圆周运动,故A正确,B错误;
CD、在电子被加速过程中,根据周期公式T=,由于磁场的增加,导致运动的周期变短,故C错误,D正确;
故选:AD.
(2015秋•黔南州期末)如图是质谱仪的工作原理示意图,粒子源(在加速电场上方,未画出)产生的带电粒子(均不计重力)被加速电场加速后,进入速度选择器,速度选择器内匀强磁场的磁感应强度代销为B,两极板减电压为U,极板间距为d,平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2.平板S下方有方向垂直于纸面向外,磁感应强度为B0的匀强磁场,图中为某中带电粒子在B0中形成的轨迹,则下列表述不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、质谱仪是分析同位素的重要工具.故A正确.
B、粒子受到洛伦兹力在向外的磁场中向左发生偏转,根据左手定则知,带电粒子一定是带正电.故B错误.
C、在速度选择器中,粒子受到的电场力与洛伦兹力大小相等,方向相反,根据qE=qvB得,v=.故C错误.
D、根据r=知,粒子越靠近狭缝P,半径越小;若进入磁场的速度相同,则比荷越大;若比荷相同,则位置越靠近狭缝P,粒子通过狭缝P的速度越小.可知有两种情况.故D错误.
本题选择不正确的,故选:BCD.
如图所示为一种改进后的回旋加速器示意图.半径为R的两个中空D形盒,处于垂直于盒面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中.两D形盒左端狭缝处放置一场强恒定的加速电场.带电粒子从P0处以速度ν0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,接着又从P0处进入A、C板间,如此反复,最后从D形盒右侧的边缘飞出.对于这种改进后的回旋加速器,带电粒子每运动一周被加速______次.若被加速的带电粒子的电荷量为q,质量为m,则粒子的最大速度的表达式为______.
正确答案
解:由题意可知,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.
当粒子从D形盒中出来半径为R时,速度最大,
根据洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律,则有:R= 得,v=
,
故答案为:1; .
解析
解:由题意可知,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.
当粒子从D形盒中出来半径为R时,速度最大,
根据洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律,则有:R= 得,v=
,
故答案为:1; .
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)有同学想自利用该回旋加速器直接对质量为m、电量为2q的粒子加速.能行吗?行,说明理由;不行,提出改进方案.
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
得:;
(2)由洛伦兹力提供向心力得:
所以:
即;
(3)该质量为m、电量为2q的粒子在磁场中运动的周期,由洛伦兹力提供向心力得:T2==
而该回旋加速器的交变电压的周期由以上可知:T=
很显然上两种的周期不同,导致该回旋加速器无法正常加速,所以不行.只有使该回旋加速器的周期与改粒子在磁场的运动周期相同即可.
故方法一:改变交流电的周期改为原来的倍
方法二:改变磁场的磁感应强度改为原来的一半
答:(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)不行;改变交流电的周期改为原来的倍或改变磁场的磁感应强度改为原来的一半.
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
得:;
(2)由洛伦兹力提供向心力得:
所以:
即;
(3)该质量为m、电量为2q的粒子在磁场中运动的周期,由洛伦兹力提供向心力得:T2==
而该回旋加速器的交变电压的周期由以上可知:T=
很显然上两种的周期不同,导致该回旋加速器无法正常加速,所以不行.只有使该回旋加速器的周期与改粒子在磁场的运动周期相同即可.
故方法一:改变交流电的周期改为原来的倍
方法二:改变磁场的磁感应强度改为原来的一半
答:(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)不行;改变交流电的周期改为原来的倍或改变磁场的磁感应强度改为原来的一半.
回旋加速器在核科学、核技术、核医学等高新技术领域得到了广泛应用,有力地推动了现代科学技术的发展.当今医学影像诊断设备PET/CT堪称“现代医学高科技之冠”,它在医疗诊断中,常利用能放射正电子的同位素碳11作示踪原子.碳11是由小型回旋加速器输出的高速质子轰击氮14获得,同时还产生另一粒子.该核反应方程为______.若碳11的半衰期τ为20min,1g碳11经2.0h剩余碳11的质量为______g.(结果保留两位有效数字)
正确答案
解:根据质量数守恒和电荷数守恒知
该核反应方程为,N+
H→
C+
He;
由题意知半衰期τ为20min,经2.0h,则发生了6个半衰期;
1g的剩余碳11的质量为m0=()6m=
g≈0.016g.
故答案为:N+
H→
C+
He,0.016.
解析
解:根据质量数守恒和电荷数守恒知
该核反应方程为,N+
H→
C+
He;
由题意知半衰期τ为20min,经2.0h,则发生了6个半衰期;
1g的剩余碳11的质量为m0=()6m=
g≈0.016g.
故答案为:N+
H→
C+
He,0.016.
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