质谱仪_章节学习

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题型：单选题

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单选题

如图所示，一束粒子从左到右射入匀强磁场B1和匀强电场E共存的区域，发现有些粒子没有偏转，若将这些粒子引入另一匀强磁场B2中发现它们又分成几束，粒子束再次分开的原因一定是它们的（　　）

A质量不同

B电量不同

C速度不同

D电量与质量的比不同

正确答案

D

解析

解：经过类似于速度选择器后的粒子速度相同，粒子所受电场力和洛伦兹力平衡，满足qvB=qE，即不发生偏转的粒子具有共同的速度大小v=，

进入磁场区分开，轨道半径不等，根据公式R=，只能说明比荷不同，故A错误，B错误，C错误，D正确；

故选D．

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题型：简答题

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简答题

回旋加速器示意如图，其中置于高真空中的金属D形盒的半径为R，两盒间距为d，在左侧D形盒圆心处放有粒子源S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向如图所示．质子质量为m，电荷量为q．设质子从粒子源S进入加速电场时的初速度不计，质子在加速器中运动的总时间为t（其中已略去了质子在加速电场中的运动时间），质子在电场中的加速次数与回旋半周的次数相同，加速质子时的电压大小可视为不变．求：

（1）此加速器所需的高频电源频率f和加速电压U；

（2）试推证当R＞＞d时，质子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计（质子在电场中运动时，不考虑磁场的影响）．

正确答案

解：（1）设质子加速后最大速度为v，由牛顿第二定律得得：

qvB=m ①

质子的回旋周期为：

T== ②

离频电源的频率为：

f== ③

质子加速后的最大动能为：

EK=mv2 ④

设质子在电场中加速的次数为n，则：

EK=nqU ⑤

又t=n ⑥

可解得：

U= ⑦

（2）在电场中加速的总时间为：

t1== ⑧

在D形盒中回旋的意时间为：

t2=n ⑨

由于R＞＞d

故=＜＜1

即当R＞＞d时，质子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计．

答：（1）此加速器所需的高频电源频率f为，加速电压U为；

（2）当R＞＞d时，质子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计．

解析

解：（1）设质子加速后最大速度为v，由牛顿第二定律得得：

qvB=m ①

质子的回旋周期为：

T== ②

离频电源的频率为：

f== ③

质子加速后的最大动能为：

EK=mv2 ④

设质子在电场中加速的次数为n，则：

EK=nqU ⑤

又t=n ⑥

可解得：

U= ⑦

（2）在电场中加速的总时间为：

t1== ⑧

在D形盒中回旋的意时间为：

t2=n ⑨

由于R＞＞d

故=＜＜1

即当R＞＞d时，质子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计．

答：（1）此加速器所需的高频电源频率f为，加速电压U为；

（2）当R＞＞d时，质子在电场中加速的总时间相对于在D形盒中回旋的时间可忽略不计．

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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，粒子最大动能一定越大

D要想粒子获得的最大动能越大，则只要求D形盒的面积也越大

正确答案

B

解析

解：A、高频电源的变化周期应该等于粒子在磁场中的周期，故应为tn-tn-2，故A错误；

B、据T=，粒子回旋周期不变，在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1；故B正确；

C、根据据公式r=，有v=，故最大动能Ekm=mv2=，粒子的最大动能与加速次数无关；故C错误，

D、由C的分析可知，故要想粒子获得的最大动能越大，可增加D形盒的直径，即增加D形盒的面积；也可增强磁场，并不是唯一的；故D错误；

故选：B．

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题型：单选题

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单选题

劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示．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忽略．磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U若A处粒子源产生的质子质量为m、电荷量为+q，从静止开始在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响．则下列说法正确的是（　　）

A质子被加速后的最大速度不可能超过2πRf

B质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比

C质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为2：1

D不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器也能用于a粒子（含两个质子，两个中子的氦核）加速

正确答案

A

解析

解：A、质子出回旋加速器的速度最大，此时的半径为R，则v==2πRf．所以最大速度不超过2πfR．故A正确．

B、根据qvB=m，知v=，则最大动能EKm=mv2=．与加速的电压无关．故B错误．

C、粒子在加速电场中做匀加速运动，在磁场中做匀速圆周运动，根据v=知，质子第1次和第2次经过D形盒狭缝的速度比为1：，

根据r=，则质子第2次和第1次经过两D形盒间狭缝后轨道半径之比为．故C错误．

D、带电粒子在磁场中运动的周期与加速电场的周期相等，根据T=知，换用α粒子，粒子的比荷变化，周期变化，回旋加速器需改变交流电的频率才能加速α粒子．故D错误．

故选：A．

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题型：多选题

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多选题

如图甲所示是用来加速带电粒子的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，两盒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，忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是（　　）

A在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1

B高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1

C粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大

D要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的半径

正确答案

A,D

解析

解：A、根据周期公式T=知，粒子的回旋的周期不变，与粒子的速度无关，所以t4-t3=t3-t2=t2-t1．故A正确．

B、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），故B错误；

C、根据半径公式r=知，v=，则粒子的最大动能，与加速的次数无关，与D形盒的半径以及磁感应强度有关．故C错误，D正确．

故选AD．

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