- 质谱仪
- 共880题
20世纪40年代,我国物理学家朱洪元先生提出:电子在加速器中作匀速圆周运动时会发出“同步辐射光”,其频率是电子回转频率的n倍,现在“同步辐射光”已被应用于大规模集成电路的光刻工艺中.设同步辐射光的频率为f,电子质量为m,电荷量为-e,则加速器磁场的磁感应强度B的大小为______,若电子的回转半径为R,则它的速率为______.
正确答案
解析
解:“同步辐射光”的频率是电子回转频率的n倍,则回转频率为.
根据粒子在磁场中运动的周期T=.
根据,T=
得,T=
.R=
.
解得B=,v=
.
故答案为:,
.
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( )
正确答案
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==2πRf.所以最大速度不超过2πfR.故A正确.
B、根据qvB=m,知v=
,则最大动能EKm=
mv2.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,根据动能定理知v=
,质子第1次和第2次经过D形盒狭缝的速度比为1:
,
根据r=,则半径比为1:
.故C错误.
D、根据qvB=m,和v=
=2πRf,知T=
=
,f与比荷有关,α粒子比荷和该粒子比荷不一定相同,故不可以.故D错误.
故选:A.
图示是质谱仪的工作原理示意图,带电粒子被加速电场加速后,进入速度选择器.速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.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.其中OP与平板平行.平板S下方有磁感应强度大小为B0的匀强磁场.不计带电粒子所受的重力,下列表述正确的是( )
正确答案
解析
解:A、进入B0的粒子满足=
,知道粒子电量后,便可求出m的质量,所以质谱仪可以用来分析同位素,故A正确;
B、假设粒子带正电,则受电场力向左,由左手定则可判断磁场方向垂直纸面向外,故B正确;
C、由qE=qvB,得v=,此时离子受力平衡,可沿直线穿过选择器,故C正确;
D、由=
,知R越小,荷质比越大;粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子圆周运动的半径越小荷质比越大;故D错误;
故选:ABC.
如图是质谱仪工作原理的示意图,带电粒子a、b经电压U加速(在A点初速度为零)后,进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动,最后分别打在感光板S上的x1、x2处.图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径,带电粒子的重力忽略不计.则( )
正确答案
解析
解:设粒子经电场加速后的速度大小为v,磁场中圆周运动的半径为r,电荷量和质量分别为q、m,打在感光板上的距离为S.
根据动能定理,得
qU=mv2
解得:v=
由qvB=m
解得:r==
则S=2r=
得到:
由图,Sa<Sb,U、B相同,则
故选:D.
回旋加速器是利用较低电压的高频电源,使粒子经多次加速获得巨大速度的一种仪器,工作原理如图所示.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据动能定理,则有:NqU=mv2,解得:v=
,因此v0:v1=1:
,故A错误;
B、由洛伦兹力提供向心力,有qvB=m,解得r=
,故周期T=
=
,T与速度大小无关,则粒子由A0运动到A1与粒子由A2运动到A3所用的时间都等于半个周期,时间相等,故B错误.
C、为使粒子每次经过电场都能被加速,所加高频电源的周期可与带电粒子在磁场中运动的周期相同,故C正确.D、粒子的运动周期不变,与运动速率没有关系,故D错误;
故选:C.
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