- 质谱仪
- 共880题
如图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.速度选择器内互相垂直的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E.挡板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下方有强度为B0的匀强磁场.下列表述正确的是( )
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、在速度选择器中,假设粒子带正电,电场力向右,电场力与洛伦兹力必须平衡,粒子才能通过选择器,所以洛伦兹力向左,由左手定则可判断磁场方向垂直直面向外,故B正确;
C、在速度选择器中,由qE=qvB,得,此时离子受力平衡,可沿直线穿过选择器.故C错误.
D、粒子垂直磁场边界进入匀强磁场,做圆周运动,轨迹为一个半圆,进入磁场B0的粒子由洛伦兹力提供向心力,应满足:qvB0=,得
,知R越小,粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越大.故D错误.
故选:AB.
(2015•临潼区校级模拟)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大小恒定,且被限制在AC板间,虚线中间不需加电场,如图所示,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形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,对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:AD、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.电场的方向不需改变,在AC间加速.故A正确,D错误.
B、根据r=,则P1P2=2(r2-r1)=
,因为每转一圈被加速一次,根据v2-v
=2ad,知每转一圈,速度的变化量不等,则P1P2≠P2P3.故B错误.
C、当粒子从D形盒中出来时,速度最大,根据r=得,v=
.知加速粒子的最大速度与D形盒的半径有关.故C正确.
故选:AC.
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大小恒定,且被限制在AC板间,虚线中间不需加电场,如图所示,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形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动,对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、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A、D错误.
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>P3P4.故B错误.
C、当粒子从D形盒中出来时,速度最大,根据r=得,v=
,知加速粒子的最大速度与D形盒的半径有关.故C正确.
故选:C.
如图所示,回旋加速器D形盒半径为R,所加磁场的磁感应强度大小为B,加速电场的加速电压为U,质量为m,电荷量为q的质子从左半盒的S处由静止出发,经加速、偏转等过程达到最大能量E后由导向板处射出,则( )
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,由洛伦兹力提供向心力得:R=,所以当轨道半径最大时,有最大速度,所以最大能量与加速电压无关,故A错误.
B、最大速度V=,所以增大磁场的磁感应强度,能提高质子的最大能量,B正确
C、粒子离开回旋加速器的动能是一定的,与加速电压无关;每次经过电场加速获得的动能为qU,故电压越大,加速的次数越少,又知周期T=,故运动的时间变短,故C错误;
D、交变电压的频率为=
;又因为E=
,所以交变电压的频率也为
,故D错误.
故选:B
(2014秋•会宁县校级期末)用如图所示半径为R的D型盒回旋加速器来加速质子,为了使质子获得的最大动能增加为原来的4倍,可采用下列哪几种方法( )
正确答案
解析
解:A、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∝R2 B2
即Ekm与磁场的磁感应强度B、D形金属盒的半径R的平方成正比,与加速电场的电压无关,
而当磁场变化时,导致周期变化,因此粒子不可能在电场中一直加速,因此与磁场也无关,故B正确,AC错误;
D、质子被加速后的最大速度不可能超过vm==2πRf,故D正确;
故选:BD.
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