- 质谱仪
- 共880题
如用直线加速器将质子加速到50MeV的能量,需要建一个很长的实验装置,而回旋加速器却能在较小的范围内使质子加速到同一能量.某回旋加速器D形盒放在磁感应强度B=1.0T的磁场中.质子的质量m≈1.6×10-27kg,电量q=1.6×10-19C,用该回旋加速器使质子能量达到E=50MeV,则D形盒半径的表达式为R=______(用题中所给字母表示),经计算R=______m.
正确答案
1.0
解析
解:质子是在电场中加速的,磁场只改变质子的运动方向,使质子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,满足qvB=m…(1),
带电粒子从D形盒中射出时的动能 Ekm=mvm2 …(2)
由(1)(2)可得:Ekm=
得:
代入数据得:R=1.0m
故答案为:,1.0
(2015秋•淮安校级月考)如图所示为回旋加速器工作原理图,要用它来加速粒子,设所加匀强磁场磁感应强度大小为B,D型盒的半径为R,以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、粒子要在电场中加速,则粒子每一次经过电场时,电场的方向都要与粒子的方向相同(负电荷则相反),所以加速电场的方向要不断变化,所以所接电源必须为交流电.故A正确;
B、粒子在磁场运动时,根据qvB=m 得,最大速度v=
,则最大动能EKm=
mv2=
.知最大动能和金属盒的半径、粒子的比荷以及磁感应强度有关,与加速的次数、交流电的频率和加速电压的大小无关.故B正确;
C、由最大动能EKm=可知,被加速的粒子的比荷越大,最终的最大动能越大.故C正确;
D、由最大动能EKm=可知,将R增大为原来2倍,同种粒子的最大动能可提高到4倍.故D正确.
故选:ABCD
1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示,它的核心部分是两个D形金属盒,两盒相距很近,分别和交变电源相连接,两盒放在匀强磁场中,磁场方向垂直于盒底面,某一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,当达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据动能定理,粒子在电场中被加速,则有:qU=,因此每经过一次被加速一次,而洛伦兹力总是垂直速度方向,所以洛伦兹力不做功,故A错误,B正确;
C、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=
mv2=
,与高频电源的电压无关,与磁感应强度有关,磁感应强度越大,粒子出来时的动能越大.故C错误,D正确;
故选:BD.
质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,在科学研究中具有重要应用.如图所示是质谱仪工作原理简图,电容器两极板相距为d,两端电压为U,板间匀强磁场磁感应强度为B1,一束带电量均为q的正电荷粒子从图示方向射入,沿直线穿过电容器后进入另一匀强磁场B2,结果分别打在a、b两点,测得两点间的距离为△R,由此可知,打在两点的粒子质量差为△m=______.(粒子重力不计)
正确答案
解析
解:在电容器中受力平衡有:qvB1=qE.解得.
进入磁场B2后,qvB2=
解得R=
同位素的电量相等,质量不等.有
所以.
故答案为:.
如图是质谱仪的工作原理示意图.粒子源(在加速电场上方,未画出)产生的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.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、根据带电粒子在磁场中的偏转方向,根据左手定则知,该粒子带正电,则在速度选择器中电场力水平向右,则洛伦兹力水平向左,根据左手定则知,磁场方向垂直纸面向外.故A错误.
B、在速度选择器中,电场力和洛伦兹力平衡,有:qE=qvB,解得v=.故B错误.
C、进入偏转电场后,有:,解得r=
,知r越小,比荷越大.电量相同时,r越小,m越小.故C正确,D错误.
故选C.
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