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题型: 多选题
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多选题

质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备,它的构造原理如图所示.离子源S产生的各种不同正离子束(速度可视为零),经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场,运转半周后到达照相底片上的P点.设P到S1的距离为x,则(  )

A若离子束是同位素,则x越大对应的离子质量越小

B若离子束是同位素,则x越大对应的离子质量越大

C只要x相同,对应的离子质量一定相同

D只要x相同,对应的离子的比荷一定相等

正确答案

B,D

解析

解:A、根据动能定理得,,得

得,r=.x=2r=.若粒子束是同位素,x越大对应的离子质量越大.故A错误,B正确.

   C、x=2r=,知只要x相同,对应的离子的比荷一定相等.故C错误,D正确.

故选BD.

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题型: 多选题
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多选题

如图是医用回旋加速器示意图,其核心部分是两个D型金属盒,两金属盒置于匀强磁场中,并分别与高频电源相连.现分别加速氘核(21H)和氦核(42He).下列说法中不正确的是(  )

A它们的最大速度大小相等

B它们的最大动能相同

C它们在D形盒内运动的周期相同

D仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能

正确答案

B,D

解析

解: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=

A、根据公式vm=,氘核(21H)和氦核(42He)的最大速度相等,故A正确;

B、根据公式Ekm=,氦核的最大动能是氘核的2倍,故B错误;

C、根据T=,氘核(21H)和氦核(42He)在D形盒内运动的周期相同,故C正确;

D、根据公式vm=,最大动能与电压的频率无关,故D错误;

本题选错误的,故选:BD.

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题型: 多选题
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多选题

关于回旋加速器,下列说法正确的是(  )

A离子从磁场中获得能量

B离子由加速器的中心附近进入加速器

C增大加速器的加速电压,则粒子离开加速器时的动能将变大

D将增大D形盒的半径,离子获得的动能将增加

正确答案

B,D

解析

解:A、洛伦兹力不做功,故磁场只能使粒子旋回狭缝,故A错误;

B、粒子最终的速度与回旋半径成正比,要使半径最大,故从中间射入,故B正确;

C、由qvB=m得,v=,则最大动能EK=mv2=,知最大动能与加速器的半径、磁感线强度以及电荷的电量和质量有关,与加速电压无关,故C错误;

D、由qvB=m得,v=,则最大动能EK=mv2=,将D形盒的半径增大,离子获得的动能将增加,故D正确;

故选:BD.

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题型: 多选题
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多选题

在回旋加速器中,带电粒子在D型盒内经过半个圆周所需要的时间与下列哪些物理量无关?(  )

A带电粒子的质量和电量

B带电粒子的速度

C加速器的磁感应强度

D带电粒子运动的轨道半径

正确答案

B,D

解析

解:设带电粒子的质量为m,电荷量为q,进入磁场时的速率为v.磁场的磁感应强度为B.

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,则根据牛顿第二定律得:

   qvB=m

则得半径:r=

周期为:T==,因此经过半个圆周所需要的时间与速度,及轨道半径无关,故BD正确,AC错误;

故选:BD.

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题型:简答题
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简答题

1932年,劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器.图示为一种改进后的回旋加速器的示意图,置于真空中的两D形金属盒的半径均为R,两盒间的狭缝很小,带电粒子穿过狭缝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.一质量为m、电荷量为+q的带电粒子从P0处由静止释放,加速电压为U,且被限制在AC板间,粒子经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,不计重力作用,求:

(1)粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后的轨道半径之比.

(2)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)设粒子第1次经过狭缝后的半径为r1,速度为v1

qU=mv12

qv1B=m

联立以上解得:r1=

同理,粒子第2次经过狭缝后的半径r2=

则 

(2)设粒子到出口处被加速了n圈,解得:2nqU=

qvB=

T=

t=nT

解上四个方程得t=

答:(1)粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后的轨道半径之比

(2)粒子从静止开始加速到出口处所需的时间

解析

解:(1)设粒子第1次经过狭缝后的半径为r1,速度为v1

qU=mv12

qv1B=m

联立以上解得:r1=

同理,粒子第2次经过狭缝后的半径r2=

则 

(2)设粒子到出口处被加速了n圈,解得:2nqU=

qvB=

T=

t=nT

解上四个方程得t=

答:(1)粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后的轨道半径之比

(2)粒子从静止开始加速到出口处所需的时间

下一知识点 : 回旋加速器
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