- 质谱仪
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(2014秋•湖北期末)回旋加速器是加速带电粒子的装置,其核心部分是分别于高频交流电极相连接的两个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,要增大带电粒子射出时的动能,则下列说法中可行的是 ( )
正确答案
解析
解:由qvB=m,解得v=
.
则动能EK=mv2=
,知动能与加速的电压无关,狭缝间的距离无关,与磁感应强度大小和D形盒的半径有关,增大磁感应强度和D形盒的半径,可以增加粒子的动能.故AB正确,CD错误.
故选:AB.
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恒定,且被限制在A、C板间.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型盒中的匀强磁场做匀速圆周运动.对于这种改进后的回旋加速器,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、当粒子从D形盒中出来时,速度最大,根据洛伦兹力提供向心力,所以r=得,v=
,知加速粒子的最大速度与D形盒的半径有关.故A正确.
B、根据r=得,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CD、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C错误,D正确.
故选:AD.
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接的两个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形金属盒处于垂直盒底的匀强磁场中,如图所示.已知D形盒半径为R,当用回旋加速器加速质子时,匀强磁场的磁感应强度为B,高频交变电压的频率为f.则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、由qvB=m得v=
,当r=R时,v最大,v=
,由此可知质子的最大速度只与粒子本身的荷质比,加速器半径,和磁场大小有关,与加速电压无关,故A错误,B正确;
C、此加速器加速电场周期T=,加速α粒子时T=
,两个周期不同,不能加电子,故C错误;
D、由T= 得v=
=2πfr.当r=R时,v最大,此v=2πfR.故D正确;
故选BD
关于回旋加速器的工作原理,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、回旋加速器是利用电场进行加速,磁场进行偏转的,在磁场中速度的大小不变.故A正确,B错误.
CD、设D形盒的半径为R,当离子圆周运动的半径等于R时,获得的动能最大,则由Bqv=m可得:v=
,则最大动能Ekm=
mv2=
.可见,最大动能与加速电压无关,故CD错误;
故选:A
速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示,则下列相关说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、由图可知,带电粒子进入匀强磁场B2时向下偏转,所以粒子所受的洛伦兹力方向向下,根据左手定则判断得知该束粒子带正电.故A错误.
B、在平行金属板中受到电场力和洛伦兹力两个作用而做匀速直线运动,由左手定则可知,洛伦兹力方向竖直向上,则电场力方向向下,粒子带正电,电场强度方向向下,所以速度选择器的P1极板带正电.故B正确.
C、粒子能通过狭缝,电场力与洛伦兹力平衡,则有:qvB1=qE,解得v=.故C正确.
D粒子进入匀强磁场B2中受到洛伦兹力而做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得
qvB=m,解得r=
.可见,由于v是一定的,B不变,半径r越大,则
越小.故D错误.
故选BC.
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