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多选题

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(  )

A粒子带正电

B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里

C能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于

D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的荷质比越小

正确答案

A,C

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.

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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(  )

A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:1

B粒子从静止开始加速到出口处所需的时间

C如果fm,粒子能获得的最大动能为2mπ2R2fm2

D如果fm,粒子能获得的最大动能为2mπ2R2fm2

正确答案

A,B,D

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=

,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.

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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(  )

A电场用来加速带电粒子,磁场则使带电粒子回旋

B电场和磁场同时用来加速带电粒子

C在交流电压一定的条件下,回旋加速器的半径越大,则带电粒子获得的动能越大

D同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关,而与交流电压的频率无关

正确答案

A,C

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.

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多选题

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(  )

A带电粒子由加速器的中心附近进入加速器

B带电粒子由加速器的边缘进入加速器

C电场使带电粒子加速,磁场使带电粒子旋转

D离子从D形盒射出时的动能与加速电场的电压无关

正确答案

A,C,D

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.

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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(  )

A速度选择器的P1极板带负电,P2极板带正电

B粒子在B2磁场中运动半径不同,运动时间也不相同

C粒子在B2磁场中运动半径不同,说明离开速度选择器时速度大小不同

D在B2磁场中运动半径越大的粒子,比荷越小

正确答案

B,D

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.

下一知识点 : 回旋加速器
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