质谱仪_章节学习

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题型：多选题

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多选题

回旋加速器是获得高能带电粒子的-种装置，其核心部分是分别与高频交流电源的两极相连的两个D形盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图，下列说法正确的是（　　）

A两D形金属盒之间的电压越大，带电粒子从D形盒射出时的动能越大

B两D形金属盒的半径越大，带电粒子从D形盒中射山时的动能越大

C高频交流的周期是带电粒子做圆周运动周期的2倍

D同一回旋加速器对比荷不同的带电粒子加速，要调节高频交流的频率

正确答案

B,D

解析

解：A、根据，得v=，则最大动能，与金属盒之间的电压无关，与D形金属盒的半径有关，半径越大，动能越大．故A错误，B正确．

C、粒子在磁场中运动的周期等于交流电的周期．故C错误．

D、根据，比荷不同，则粒子在磁场中的周期变化，粒子在磁场中运动的周期等于交流电的周期，则要调节高频交流电的频率．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•天津校级期末）如图所示，回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，D形盒半径为R．用该回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为T，（粒子通过狭缝的时间忽略不计）则（　　）

A质子在D形盒中做匀速圆周运动的周期为2T

B质子被加速后的最大速度不超过

C质子被加速后的最大速度与加速电场的电压大小无关

D不改变B和T，该回旋加速器也能用于加速α粒子

正确答案

B,C

解析

解：A、回旋加速器粒子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等，即为T．故A错误．

B、当粒子从D形盒中出来时速度最大，vm=．故B正确．

C、根据qvmB=m，得vm=，与加速的电压无关．故C正确．

D、根据T=，知质子换成α粒子，比荷发生变化，则在磁场中运动的周期发生变化，回旋加速器粒子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等，故需要改变磁感应强度或交流电的周期．故D错误．

故选：BC．

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题型：多选题

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多选题

关于回旋加速器，下列说法正确的是（　　）

A离子从磁场中获得能量

B离子由加速器的中心附近进入加速器

C增大加速器的加速电压，则粒子离开加速器时的动能将变大

D将D形盒的半径加倍，离子获得的动能将增加为4倍

正确答案

B,D

解析

解：A、洛伦兹力不做功，故磁场只能使粒子旋回狭缝，故A错误；

B、粒子最终的速度与回旋半径成正比，要使半径最大，故从中间射入，故B正确；

C、由qvB=m得，v=，则最大动能EK=mv2=，知最大动能与加速器的半径、磁感线强度以及电荷的电量和质量有关，与加速电压无关，故C错误；

D、由qvB=m得，v=，则最大动能EK=mv2=，将D形盒的半径加倍，离子获得的动能将增加为4倍，故D正确；

故选BD．

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题型：简答题

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简答题

有一种质谱仪的工作原理图如图所示．静电分析器是四分之一圆弧的管腔，内有沿圆弧半径方向指向圆心O1的电场，且与圆心O1等距各点的电场强度大小相等．磁分析器中以O2为圆心、圆心角为90°的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行．由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后，从M点沿垂直于该点的电场方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为R的四分之一圆弧做匀速圆周运动，并从N点射出静电分析器．而后离子由P点射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q点射出，并进入收集器．已知加速电场的电压为U，磁分析器中磁场的磁感应强度大小为B．

（1）请判断磁分析器中磁场的方向；

（2）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小；

（3）求磁分析器中Q点与圆心O2的距离d．

正确答案

解：（1）由于粒子从p 点进入，从Q点射出，粒子在磁场中所说的洛伦兹力的方向指向O2，由左手定则判断磁场的方向：磁场方向垂直纸面向外．

（2）设离子进入静电分析器时的速度为v，离子在加速电场中加速，根据动能定理有

qU=…①

离子在静电分析器中做匀速圆周运动，指向圆心O1的电场力为向心力，有

qE=…②

由①②解得：E=…③

（3）离子在磁分析器中做匀速圆周运动，圆心为O2，根据牛顿第二定律有

qvB=…④

由题意可知，圆周运动的轨道半径

r=d… ⑤

由①④⑤式解得d=

答：（1）请判断磁分析器中磁场的方向为垂直纸面向外；

（2）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小为；

（3）求磁分析器中Q点与圆心O2的距离d为．

解析

解：（1）由于粒子从p 点进入，从Q点射出，粒子在磁场中所说的洛伦兹力的方向指向O2，由左手定则判断磁场的方向：磁场方向垂直纸面向外．

（2）设离子进入静电分析器时的速度为v，离子在加速电场中加速，根据动能定理有

qU=…①

离子在静电分析器中做匀速圆周运动，指向圆心O1的电场力为向心力，有

qE=…②

由①②解得：E=…③

（3）离子在磁分析器中做匀速圆周运动，圆心为O2，根据牛顿第二定律有

qvB=…④

由题意可知，圆周运动的轨道半径

r=d… ⑤

由①④⑤式解得d=

答：（1）请判断磁分析器中磁场的方向为垂直纸面向外；

（2）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小为；

（3）求磁分析器中Q点与圆心O2的距离d为．

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题型：简答题

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简答题

回旋加速器的D形盒半径为R=0.60m，两盒间距为d=0.01cm，用它来加速质子时可使每个质子获得的最大能量为4.0MeV，加速电压为u=2.0×104 V，求：

（1）该加速器中偏转磁场的磁感应强度B．

（2）质子在D形盒中运动的时间．

（3）在整个加速过程中，质子在电场中运动的总时间．（已知质子的质量为m=1.67×10-27 kg，质子的带电量e=1.60×10-19 C）

正确答案

解：（1）根据，解得v=．

则质子的最大动能

则B=T=0.48T．

（2）质子被电场加速的次数

质子在磁场中运动的周期T=

则质子在D形盒中运动的时间t=≈1.4×10-3s．

（3）电子在电场中做匀加速直线运动，有nd==

解得t==1.4×10-9 s．

答：（1）该加速器中偏转磁场的磁感应强度B=0.48 T

（2）质子在D形盒中运动的时间为1.4×10-3s

（3）质子在电场中运动的总时间为1.4×10-9 s

解析

解：（1）根据，解得v=．

则质子的最大动能

则B=T=0.48T．

（2）质子被电场加速的次数

质子在磁场中运动的周期T=

则质子在D形盒中运动的时间t=≈1.4×10-3s．

（3）电子在电场中做匀加速直线运动，有nd==

解得t==1.4×10-9 s．

答：（1）该加速器中偏转磁场的磁感应强度B=0.48 T

（2）质子在D形盒中运动的时间为1.4×10-3s

（3）质子在电场中运动的总时间为1.4×10-9 s

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正确答案

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