质谱仪_章节学习

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题型：简答题

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简答题

飞行时间质谱仪可通过测量离子飞行时间得到离子的比荷q/m，如图1．带正电的离子经电压为U的电场加速后进入长度为L的真空管AB，可测得离子飞越AB所用时间t1．改进以上方法，如图2，让离子飞越AB后进入场强为E（方向如图）的匀强电场区域 BC，在电场的作用下离子返回 B 端，此时，测得离子从A出发后返回B端飞行的总时间为 t2（不计离子重力）

（1）忽略离子源中离子的初速度，①用 t1计算比荷； ②用 t2 计算比荷．

（2）离子源中相同比荷的离子由静止开始可经不同的加速电压加速，设两个比荷都为q/m的离子分别经加速电压U1、U2加速后进入真空管，在改进后的方法中，它们飞行的总时间通常不同，存在时间差△t，可通过调节电场E使△t=0．求此时E的大小．

正确答案

解：（1）①设离子带电量为q，质量为m，经电场加速后的速度为v，则2

离子飞越真空管，在AB做匀速直线运动，则

L=vt1

解得离子比荷：

②离子在匀强电场区域BC中做往返运动，设加速度为a，则：

qE=ma

t2=

解得离子比荷：或

（2）两离子加速后的速度分别为v1、v2，则

t2=+

△t=t1-t2=

要使△t=0，则须

而

所以．

答：（1）忽略离子源中离子的初速度，①用 t1计算比荷为比：； ②用 t2 计算比荷：．

（2）离子源中相同比荷的离子由静止开始可经不同的加速电压加速，设两个比荷都为q/m的离子分别经加速电压U1、U2加速后进入真空管，在改进后的方法中，它们飞行的总时间通常不同，存在时间差△t，可通过调节电场E使△t=0．此时．

解析

解：（1）①设离子带电量为q，质量为m，经电场加速后的速度为v，则2

离子飞越真空管，在AB做匀速直线运动，则

L=vt1

解得离子比荷：

②离子在匀强电场区域BC中做往返运动，设加速度为a，则：

qE=ma

t2=

解得离子比荷：或

（2）两离子加速后的速度分别为v1、v2，则

t2=+

△t=t1-t2=

要使△t=0，则须

而

所以．

答：（1）忽略离子源中离子的初速度，①用 t1计算比荷为比：； ②用 t2 计算比荷：．

（2）离子源中相同比荷的离子由静止开始可经不同的加速电压加速，设两个比荷都为q/m的离子分别经加速电压U1、U2加速后进入真空管，在改进后的方法中，它们飞行的总时间通常不同，存在时间差△t，可通过调节电场E使△t=0．此时．

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题型：多选题

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多选题

关于回旋加速器的有关说法，正确的是（　　）

A回旋加速器是利用磁场对运动电荷的作用使带电粒子的速度增大的

B回旋加速器是用电场加速的

C回旋加速器是通过多次电场加速使带电粒子获得高能量的

D带电粒子在回旋加速器中不断被加速，故在D形盒中做圆周运动一周所用时间越来越小

正确答案

B,C

解析

解：A、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错误、B正确，C也正确．

D、粒子在磁场中运动的周期T=，与粒子的速度无关．所以粒子做圆周运动一周的时间不变．故D错误．

故选：BC．

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题型：单选题

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单选题

（2015秋•黄石期末）如图为回旋加速器的结构示意图，两个半径为R的D形金属盒相距很近，连接电压峰值为UM、频率为f=的高频交流电源，垂直D形盒的匀强磁场的磁感应强度为B．现用此加速器来加速电荷量分别为+0.5q、+q、+2q，相对应质量分别为m、2m、3m的三种静止离子，最后经多次回旋加速后能从D形盒中飞出的粒子的最大动能为（　　）

A

B

C

DI=

正确答案

B

解析

解：根据qvB=m，知v=，则带电粒子离开回旋加速器时获得动能为：Ekm=mv2=；

而加速电荷量分别为+0.5q、+q、+2q，相对应质量分别为m、2m、3m的三种静止离子，

因电场的频率应该要是圆周运动频率的整数倍，

那么最大动能为：Ekm==，故B正确，ACD错误；

故选：B．

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题型：单选题

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单选题

回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速．两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出．现要增大粒子射出时的动能，下列所采取的方法可行的是（　　）

A增大D形盒的半径

B减小磁场的磁感应强度

C减小狭缝间的距离

D增大电场的加速电压

正确答案

A

解析

解：带电粒子从D形盒中射出时的动能 Ekm=mvm2 （1）

带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，则圆周半径 R= （2）

由（1）（2）可得Ekm=

显然，当带电粒子q、m一定的，则Ekm∝R2B2

即Ekm随磁场的磁感应强度B、D形金属盒的半径R的增大而增大，与加速电场的电压和狭缝距离无关，故A正确

故选：A

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题型：多选题

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多选题

回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图所示．D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上．位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略），它们在两盒之间被电场加速．当质子被加速到最大动能Ek后，再将它们引出．忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是（　　）

A若只增大交变电压U，则质子的最大动能Ek会变大

B若只增大交变电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短

C若只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子

D质子第n次被加速前后的轨道半径之比为：

正确答案

B,D

解析

解：A、根据qvB=m，得v=．则最大动能EK=mv2=，与加速电压无关，故A错误；

B、若只增大交变电压U，则质子在回旋加速器中加速次数会减小，导致运行时间变短，故B正确；

C、若只将交变电压的周期变为2T，而质子在磁场中运动的周期不变，则两周期不同，所以不能始终处于加速状态，故C错误；

D、根据洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动，则有半径公式与nqU=，所以质子第n次被加速前后的轨道半径之比为：，故D正确，

故选BD．

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