1.4 质谱仪与回旋加速器(解析版).docxVIP

专注：心无旁骛，万事可破

专注：心无旁骛，万事可破

PAGE/NUMPAGES

专注：心无旁骛，万事可破

1.4质谱仪与回旋加速器同步练习

一、单选题

1．（2022·江苏省天一中学高二期末）回旋加速器工作原理示意图如图所示，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U、频率为f的交流电源上．若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速，下列说法正确的是（）

A．若只增大交流电压U，则质子获得的最大动能增大

B．若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变长

C．若磁感应强度B增大，交流电频率f必须适当增大才能正常工作

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加速α粒子

【答案】C

【解析】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，当粒子从D形盒中出来时，速度最大，此时运动的半径等于D形盒的半径，当粒子从D形盒中出来时速度最大，根据得

那么质子获得的最大动能，则最大动能与交流电压U无关，故A错误；

B．根据，若只增大交变电压U，不会改变质子在回旋加速器中运行的周期，但加速次数减少，则运行时间也会变短，故B错误；

C．根据

若磁感应强度B增大，那么T会减小，只有当交流电频率f必须适当增大才能正常工作，故C正确；

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

可知，换用粒子，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粒子，故D错误。

故选C。

2．（2021·全国·高三专题练习）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、电荷量为的粒子可在环中做半径为的圆周运动。、为两块中心开有小孔的距离很近的极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过板准备进入之间时，板电势升高为，板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速。每当粒子离开板时，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不变。（设极板间距远小于）下列说法正确的是（）

A．粒子从板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行圈后回到板时获得的总动能为

B．粒子在绕行的整个过程中，每一圈的运动时间不变

C．为使粒子始终保持在半径为的圆轨道上运动，磁场的磁感应强度大小必须周期性递减

D．粒子从板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行第圈时的磁感应强度为

【答案】D

【解析】A．带电粒子每一次经过电场，获得的动能为，经过圈后获得的动能为，选项A错误；

BC．由可知，要使半径不变，速度增加时磁感应强度也要增加，则根据

可知，带电粒子的运动周期逐渐减小，选项BC错误；

D．由可得选项D正确。故选D。

3．（2021·湖北·模拟预测）如图所示为质谱仪的示意图，速度选择器（也称滤速器）中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外。在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，若m甲＝m乙m丙＝m丁，v甲v乙＝v丙v丁，在不计重力的情况下，则打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是（）

A．甲、乙、丙、丁 B．甲、丁、乙、丙C．丙、丁、乙、甲 D．甲、乙、丁、丙

【答案】B

【解析】离子带正电，电荷量为e，规定向下为正方向，其刚进入速度选择器时受力F＝eE－eB1v

为使离子受力平衡，做匀速直线运动到分离器中，需F＝0，即v＝

根据题图可知有两个离子满足条件，这两个离子的速度相等，为乙和丙，所以乙和丙穿过了速度选择器，到达分离器，在分离器中，离子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力evB2＝m，则r＝

由于乙、丙的速度相同，则质量越大的离子运动半径越大，即乙打在P3点，丙打在P4点；根据受力情况，在水平金属板之间时，初始速度越大，粒子向上偏转，反之向下偏转，所以丁打在P2点，甲打在P1点，故B项正确，ACD错误。故选B。

4．（2021·全国·高二课时练习）质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示，离子源产生一个质量为、电荷量为的正离子，离子产生出来时的速度很小，可以认为是静止的。离子产生出来后经过电压加速，进入磁感应强度为的匀强磁场，沿着半圆周运动最后到达照相底片上，测得它在上的位置到入口处的距离为，若某离子通过上述装置后，测得它在上的位置到入口处的距离大于，则说明（）

A．离子的质量一定变大 B．加速电压一定变大

C．磁感应强度一定变大 D．离子所带电荷量可能变小