- 质谱仪
- 共880题
如图所示为一种获得高能粒子的装置,环形区域内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小可调的均匀磁场(环形区域的宽度非常小).质量为m、电荷量为+q的粒子可在环中做半径为R的圆周运动.A、B为两块中心开有小孔的距离很近的极板,原来电势均为零,每当带电粒子经过A板准备进入AB之间时,A板电势升高为+U,B板电势仍保持为零,粒子在两板间的电场中得到加速.每当粒子离开B板时,A板电势又降为零.粒子在电场中一次次加速下动能不断增大,而在环形磁场中绕行半径R不变.(设极板间距远小于R) 下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、粒子在电场中加速,根据动能定理,有En=nqU,故A错误;
B、粒子始终保持做半径为的匀速圆周运动,T=2π,显然因粒子能量不同,其速度也不同,则周期不可能不变,故B错误;
C、根据运动轨迹的半径公式,R=,为使粒子始终保持在半径为R的圆轨道上运动,因速度增大,则磁场的磁感应强度大小必须周期性递增,故C错误;
D、由动能定理知 nqU=mv
;得到vn=
;
由牛顿第二定律,则有:m=qvnBn
解得:Bn=,以vn结果代入,得B=
,故D正确;
故选:D.
有关回旋回速器的说法中,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、洛伦兹力对粒子不做功,只有电场力对粒子做功,故A错误,B正确.
C、粒子在磁场中运动的周期与粒子的速度无关,在磁场中运动的时间不变,所以每次粒子经过交变电压必须加速,因此交变电源的频率也要不变.故C错误.
D、根据qvB=m,则最大速度v=
,与B与R有关,随B、R的增大而增大,所以交变电源固定的前提下,同一带电粒子获得的动能也越大.故D正确.
故选:BD.
(2015秋•淮安校级月考)如图所示为质谱仪工作原理图,三个带电粒子各自沿直线通过左侧正交的匀强电场和匀强磁场区后,进入右侧匀强磁场中做半个圆周运动,其轨迹如图,对这三个粒子,以下判断正确的是( )
正确答案
解析
解:A、3束离子在复合场中运动情况相同,即沿水平方向直线通过故有qE=qvB,所以v=,故三束离子的速率一定相同.故A正确,B错误.
C、3束离子在磁场中有:qvB=m,故有:r=
=
×
,由于三束离子的在磁场中圆周运动的轨道半径不同,故比荷一定不相同,故C错误,D正确.
故选:AD.
如图所示为质谱仪的示意图.速度选择器部分的匀强电场场强E,匀强磁场的磁感应强度为B1;偏转分离器的磁感应强度为B2.一质量为m,电荷量为+q的带电微粒进入速度选择器.不计带电微粒的重力.求:
(1)能通过速度选择器的粒子速度有多大?
(2)微粒进入偏转分离器后,在磁场中运动的半径为多大?
正确答案
解:(1)在速度选择器中,假设粒子带正电,电场力向右,电场力与洛伦兹力必须平衡,粒子才能通过选择器,所以qE=qvB1,
解得:v=,
(2)粒子垂直磁场边界进入匀强磁场,做圆周运动,轨迹为一个半圆.进入磁场B2的粒子由洛伦兹力提供向心力,应满足:qvB2=m,
得:R==
;
答:(1)能通过速度选择器的粒子速度为;
(2)微粒进入偏转分离器后,在磁场中运动的半径为.
解析
解:(1)在速度选择器中,假设粒子带正电,电场力向右,电场力与洛伦兹力必须平衡,粒子才能通过选择器,所以qE=qvB1,
解得:v=,
(2)粒子垂直磁场边界进入匀强磁场,做圆周运动,轨迹为一个半圆.进入磁场B2的粒子由洛伦兹力提供向心力,应满足:qvB2=m,
得:R==
;
答:(1)能通过速度选择器的粒子速度为;
(2)微粒进入偏转分离器后,在磁场中运动的半径为.
某同学设计了一利用涡旋电场加速带电粒子的装置,基本原理如图甲所示,上,下为电磁铁的两个磁极,磁极之间有一个环形真空室,带电粒子在真空室内做圆周运动,电磁铁线圈电流的大小、方向可以变化,产生的感生电场使粒子加速,图甲上部分为侧视图,下部分为俯视图,若粒子质量为m,电荷量为q,初速度为零,圆形轨道的半径为R,穿过粒子圆形轨道面积的磁通量Φ随时间t的变化关系如图乙所示,在t0时刻后,粒子轨道处的磁感应强度为B,粒子加速过程中忽略相对论效应,不计粒子的重力,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、若被加速的粒子为电子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,结合左手定则判断磁场的方向向上,再由电磁感应定律求出电流由a到b,故A正确
B、若被加速的粒子为正电子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,结合左手定则判断磁场的方向向下,再由电磁感应定律求出电流由b到a,故B错误
C、在t0 时刻后,电子轨道处的磁感应强度为B0,粒子在磁场中作匀速圆周运动,受到洛伦兹力等于向心力 qvB0=
v=,故C正确
D、感生电场的感应电动势E感=
粒子加速运动一圈获得的能量为W=qE感=故D正确
故选:ACD
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