- 质谱仪
- 共880题
图为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.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、粒子垂直磁场向下进入磁场,根据左手定则可知,粒子带正电,故A正确.
B、粒子带正电,则受电场力向右,由左手定则可判断磁场方向垂直直面向外,故B错误.
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,故D错误.
故选:AC.
1932年,劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器.回旋加速器的工作原理如图所示,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以忽略不计.磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直.A处粒子源产生的粒子,质量为m、电荷量为+q,在加速器中被加速,加速电压为U.实际使用中,磁感应强度和加速电场频率都有最大值的限制.若某一加速器磁感应强度和加速电场频率的最大值分别为Bm、fm,加速过程中不考虑相对论效应和重力作用( )
正确答案
解析
解:A、根据v2=2ax得,带电粒子第一次和和第二次经过加速后的速度比为:1,
根据r=知,带电粒子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比r2:r1=
:1.故A正确.
B、设粒子到出口处被加速了n圈解得2nqU=,
而,且T=
,及t=nT;
解得:t=,故B正确.
C、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f=
,解得:最大动能为2mπ2R2f2.
如果fm<,粒子能获得的最大动能为2mπ2R2fm2故C错误,D正确;
故选:ABD.
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.这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、粒子在电场中在电场力作用下被加速,而在磁场中在磁场力作用下偏转,因洛伦兹力与速度垂直,不做功,故A正确,B错误.
CD、根据qvB=m得,v=
,则粒子的最大动能Ekm=
mv2=
,由此可知同一粒子出射速度与高频电源的电压无关,与磁感应强度和D形的半径R有关,磁感应强度越大,D形盒半径越大,粒子出来时的速度越大.故C正确、D错误.
故选:AC.
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,这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、被加速离子只能由加速器的中心附近进入加速器,而从边缘离开加速器,故A正确,B错误.
C、由于洛伦兹力并不做功,而离子通过电场时有qU=mv2,故离子是从电场中获得能量,故C正确.
D、当离子离开回旋加速器时,动能最大,根据半径公式r=知,v=
,则粒子的最大动能Ek=
mv2=
,与加速的电压无关,故D正确
故选:ACD.
1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖,若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,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、若粒子带正电,在速度选择器中,洛伦兹力方向竖直向上,则电场力竖直向下,实验电场的方向竖直向下,即P1极板带正电,P2极板带负电.故A错误.
B、经过速度选择器的粒子进入偏转磁场,根据qE=qvB1,粒子的速度与电荷量无关,进入偏转磁场速度相同,根据r=,知半径不同的粒子,比荷不同,根据T=
知,粒子在磁场中运动的周期不同,则运动时间不同.故B正确,C错误.
D、根据r=知,粒子的半径越大,则比荷越小.故D正确.
故选:BD.
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