人教版(2019)高一物理第一学期选修第二册第一章 4. 质谱仪与回旋加速器C

2020-2021学年高一第一学期物理人教版2019选修第二册第一章 4. 质谱仪与回旋加速器C

1.如图所示为回旋加速器的工作原理示意图,D形金属盒置于真空中,半径为R,两金属盒间的狭缝很小,磁感应强度大小为B的勻强磁场与金属盒盒面垂直,高频交流电的频率为f,加速电压为U,若中心粒子源处产生的初速度为0的质子(质量为m,电荷量为+e)在加速器中被加速。不考虑相对论效应,则下列说法正确的是( )

A.加速的粒子获得的最大动能随加速电压U的增大而增大

B.不改变磁感应强度B和交流电的频率f,该加速器一定可加速其他带正电荷的粒子

C.质子被加速后的最大速度不能超过2πRf

D.质子第二次和第一次经过D形盒间狭缝后轨道半径之比为2:1

2.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,两盒间的狭缝中存在周期性变化的电场,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,如图所示,要增大带电粒子射出时的动能,则下列说法中正确的是( )

A.减小磁场的磁感应强度

B.增大匀强电场间的加速电压

C.增大D形金属盒的半径

D.减小狭缝间的距离

3.质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器,它的工作原理是带电粒子(不计重力)经同一电场加速后,垂直进入同一匀强磁场做圆周运动,然后利用相关规律计算出带电粒子质量。其工作原理如图所示。虚线为某粒子运动轨迹,由图可知( )

A.此粒子带负电

B.下极板S2比上极板S1电势高

C.若只减小加速电压U,则半径r变大

D.若只减小入射粒子的质量,则半径r变小

4.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示,这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是( )

A.离子从电场中获得能量

B.离子由加速器的边缘进入加速器

C.加速电场的周期随粒子速度增大而增大

D.离子从D形盒射出时的动能与加速电场的电压有关

5.回旋加速器在现代医药中有广泛的应用,应用质子回旋加速器可以生产各种放射性同位素。下图是一种质子回旋加速器的示意图,磁感应强度为B 的匀强磁场垂直于D 形盒的底面,高频正弦交流电的电源分别与两D 形盒连接,质子的质量为m,电量为e,则下列说法正确的是( )

A.质子在磁场中转动的半径越大,做圆周运动的周期越大

B.正弦交流电压的最大值越大,质子被加速后获得的动能越大

C.正弦交流电的周期应为πm

eB

D.正弦交流电压的最大值越大,质子在D 形盒中运动的时间越短

6.质谱仪又称质谱计,是分离和检测不同同位素的仪器.工作原理如图所示,电荷量均为+q 、质量不同的离子初速度几乎为零地进入电压为U 0的加速电

场。这些离子经加速后通过狭缝O 沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度大小为B 的匀强磁场中,最后打在底片上。 已知放置底片的区域MN 长度为L,且OM=L. 某次测量发现MN 中左侧2/3区域MQ 损坏,检测不到离子,但右侧1/3区域QN 仍能正常检测到离子。在适当调节加速电压后,原本打在MQ 的离子即可在QN 检测到。为使原本打在MN 点P 的离子能打在QN 区域,则加速电压U 的值不可能为( )

A. 0169

U B. 0

10081U

C. 014081

U D. 02U

7.回旋加速器是利用较低电压的高频电源,使粒子经多次加速获得巨大速度的一种仪器,其工作原理如图所示,下列说法中正确的是( )

A.粒子做匀速圆周运动,每加速一次半径变大

B.粒子由0A 运动到1A 比粒子由2A 运动到3A 所用时间少

C.粒子的轨道半径与它的速率无关

D.粒子的运动周期和运动速率成正比

8.质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备,它的构造原理如图所示.离子源S 产生的各种不同正离子束(速度可视为零),经MN 间的电压U 加速后从小孔S 1垂直于磁感线进入匀强磁场,运转半周后到达照

相底片上的P 点.设P 到S 1的距离为x,则( )

A.若离子束是同位素,则x 越大对应的离子质量越小

B.若离子束是同位素,则x 越大对应的离子质量越大

C.只要x 相同,对应的离子质量一定相同

D.只要x 相同,对应的离子电荷量一定相同

9.如图是质谱仪的工作原理示意图.粒子源(在加速电场上方,未画出)产生的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A1A2.平板S下方有强度为B0的匀强磁场.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里

B.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于B/E

C.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷(q/m)越大

D.粒子所带电荷量相同时,打在胶片上的位置越靠近狭缝P,表明其质量越大

10.1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。若速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示,则下列说法正确的是( )

A.该束带电粒子带负电

B.速度选择器的P1极板带正电

C.在B2磁场中运动半径越大的粒子,质量越大

D.在B2磁场中运动半径越大的粒子,比荷q/m越大

11.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形金属盒处于垂直盒底的匀强磁场中,如