质谱仪_章节学习

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题型：单选题

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单选题

如图甲所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．带电粒子在磁场中运动的动能EK随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断中正确的是（　　）

A高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1

B在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1

C粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大

D不同粒子获得的最大动能都相同

正确答案

B

解析

解：A、交流电源的周期必须和粒子在磁场中运动的周期一致，故电源的变化周期应该等于2（tn-tn-1），A错误；

B、由公式T=知在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1，B正确；

C、粒子获得的最大动能由D型盒的半径决定，C错误；

D、由公式r=知，对不同的粒子获得的最大动能不相同，D错误；

故选B

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题型：多选题

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多选题

（2015秋•淮安校级期末）回旋加速器是加速带电粒子的装置，其主体部分是两个D形金属盒．两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连接，从而使粒子每次经过两盒间的狭缝时都得到加速，如图所示．现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能，下列方法可行的是（　　）

A增加磁场的磁感应强度

B减小狭缝间的距离

C增大高频交流电压

D增大金属盒的半径

正确答案

A,D

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∝R2 B2

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，

故选：AD．

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题型：简答题

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简答题

质谱仪是一种能够把具有不同荷质比（带电粒子的电荷和质量之比）的带电粒子分离开来的仪器，它的工作原理如图所示．其中A部分为粒子速度选择器，C部分是偏转分离器．如果速度选择器的两极板间匀强电场的电场强度为E，匀强磁场的磁感强度为B1．偏转分离器区域匀强磁场的磁感强度为B2，某种带电粒子由O点沿直线穿过速度选择器区域后进入偏转分离器．求：

（1）粒子由孔O′进入偏转分离器时的速度为多大？

（2）粒子进入偏转分离器后在洛伦兹力作用下做圆周运动（如图示），在照相底片MN上的D点形成感光条纹，测得D点到O′点的距离为d，则该种带电粒子带何种电荷，该种带电粒子的荷质比为多大？

正确答案

解：（1）粒子在OO‘间做匀速直线运动，所以粒子受电场力和磁场力大小相等，方向相反，即：

qvB1=qE

由此解出粒子进入偏转分离器时的速度为：

（2）由左手定则可知粒子带正电，粒子进入偏转分离器的磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即：

由此解出粒子运动的圆周半径为：

将（1）中求出的v代入上式，并由题意得：d=2R，得：

答：（1）粒子由孔O′进入偏转分离器时的速度为；

（2）该种带电粒子的荷质比为．

解析

解：（1）粒子在OO‘间做匀速直线运动，所以粒子受电场力和磁场力大小相等，方向相反，即：

qvB1=qE

由此解出粒子进入偏转分离器时的速度为：

（2）由左手定则可知粒子带正电，粒子进入偏转分离器的磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即：

由此解出粒子运动的圆周半径为：

将（1）中求出的v代入上式，并由题意得：d=2R，得：

答：（1）粒子由孔O′进入偏转分离器时的速度为；

（2）该种带电粒子的荷质比为．

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题型：多选题

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多选题

（2015秋•德州期末）1932年，美国的物理学家劳伦斯设计出了回旋加速器，回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的两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处粒子源产生的质量为m、电荷量为+q粒子在加速器中被加速，其加速电压恒为U．带电粒子在加速过程中不考虑相对论效应和重力的作用．则（　　）

A带电粒子在加速器中第1次和第2次做曲线运动的时间分别为t1和t2，则t1：t2=1：2

B带电粒子第1次和第2次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比r1：r2=：2

C两D形盒狭缝间的交变电场的周期T=

D带电粒子离开回旋加速器时获得的动能为

正确答案

B,D

解析

解：AC、带电粒子在磁场中运动的周期与电场变化的周期相等，根据qvB=m，则v=，周期T==，

与粒子的速度无关，t1：t2=1：1．交变电场的周期也为．故AC错误．

B、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：2，

根据r=知，带电粒子第1次和第2次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比r1：r2=：2．故B正确．

D、根据qvB=m，知v=，则带电粒子离开回旋加速器时获得动能为Ek=mv2=．故D正确．

故选：BD．

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题型：多选题

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多选题

（2015秋•太原期末）如图所示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．下列表述正确的是（　　）

A速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内

B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

C能通过狭缝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

B,C

解析

解：A、B带电粒子进入磁场中向左偏转，所受的洛伦兹力向左，磁场的方向垂直纸面向外，根据左手定则知，该粒子带正电．该粒子在速度选择器中，受到电场力方向水平向右，则洛伦兹力方向必须水平向左，该粒子才能通过速度选择器，根据左手定则判断可知磁场方向垂直纸面向外．故A错误，B正确．

C、能通过狭缝P的带电粒子在速度选择器中做匀速直线运动，则有qE=qvB，解得v=．故C正确．

D、进入磁场的粒子速率相等，在磁场中，由qvB=m得，r=，则r与粒子的荷质比成反比，则粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，半径越小，荷质比越大．故D错误．

故选BC

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正确答案

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