(习题)3.9粒子速度选择器-质谱仪-回旋加速器

一 粒子速度选择器练习

如图，粒子以速度v 0，进入正交的电场和磁场，受到的电场力与洛伦兹力方向相反，若使粒子沿直线从右边孔中出去，根据qv 0B ＝qE , 得v 0=E/B ，故 %

若v= v 0=E/B ，粒子做直线运动，与粒子电量、电性、质量无关

若v ＜E/B ，电场力大，粒子向电场力方向偏，电场力做正功，动能增加． 若v ＞E/B ，洛伦兹力大，粒子向磁场力方向偏，电场力做负功，动能减少．

速度选择器的特点是:(1)只选速度,不选电性.即不管是带正电还是带负电,只要初速度满足一定的关系,粒子均能直线飞出. (2)单向性:粒子只能从一个方向打入,另外一个方向飞出.

1. (单) 如图，水平放置的平行金属板a 、b 带有等量异种电荷，a 板带正电，两板间有垂直于纸面向里的匀强磁场，若一个带正电的液滴在两板间做直线运动，其运动方向是：( D ) A ．沿竖直方向向下 B ．沿竖直方向向上 *

C ．沿水平方向向左

D ．沿水平方向向右

2(双)在图中实线框所围的区域内同时存在匀强磁场和匀强电场．一负离子（不计重力）恰好能沿直线MN 通过这一区域．则匀强磁场和匀强电场的方向不可能为下列哪种情况（ AD ） A 、匀强磁场和匀强电场的方向都水平向右

B 、匀强磁场方向竖直向上，匀强电场方向垂直于纸面向里

C 、匀强磁场方向垂直于纸面向里，匀强电场方向竖直向下

D 、匀强磁场方向垂直于纸面向外，匀强电场方向竖直向下

3(双)、一质子以速度V 穿过互相垂直的电场和 磁场区域而没有发生偏转，则 （ BD ） A 、若电子以相同速度V 射入该区域，将会发生偏转 B 、无论何种带电粒子，只要以相同速度射入都不会发生偏转 C 、若质子的速度V'

D 、若质子的速度V'>V ，它将向上偏转，其运动轨迹既不是圆弧也不是抛物线

,

4(双)如图，氕、氘、氚核以相同的动能射入速度选择器，结果氘核沿直线运动，则 ( AD ) A ．偏向正极板的是氕核 B ．偏向正极板的是氚核 C ．射出时动能最大的是氕核 D ．射出时动能最大的是氚核

× × × × × × × × × × × × × × × v 0

B

E

图11-3-1

a

b

B

M

N

·

V

+

--

￥

二.质谱仪

组成：离子源O ，加速场U ，速度选择器（E,B ），偏转场B2，胶片． 原理：加速场中qU=

½mv 2 选择器中:v=E/B 1

偏转场中:d ＝2r ，qvB 2＝mv 2/r

比荷:12

2q E m B B d

=

质量

122B B dq

m E =

作用：主要用于测量粒子的质量、比荷、研究同位素．

5(单)如图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。下列表述不正确的是（ D ） A ．质谱仪是分析同位素的重要工具 ，

B ．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

C ．能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于E/B

D ．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P ，粒子的荷质比越小

7(单)如图所示，有a 、b 、c 、d 四种离子，它们带等量同种电荷，质量不等，

d

c b a m m m m =<=，

以不等的速率d

c b a v v v v <=<进入速度选择器后，有两种从速度选择器中射出，进入B2磁场，由此可判

定 ( A )

A ．射向P1的是a 离子

B ．射向P2的是b 离子

C ．射到A1的是c 离子

D ．射到A2的是d 离子

]

8(双)关于回旋加速器加速带电粒子所获得的能量，下列结论中正确的是 ( AB ) A ．与加速器的半径有关，半径越大，能量越大 B ．与加速器的磁场有关，磁场越强，能量越大 C ．与加速器的电场有关，电场越强，能量越大

D ．与带电粒子的质量和电荷量均有关，质量和电荷量越大，能量越大

9(单)用同一回旋加速器分别对质子和氚核(H 3

1

)加速后 （ A ）

《

A ．质子获得的动能大于氚核获得的动能

B ．质子获得的动能等于氚核获得的动能

C ．质子获得的动能小于氚核获得的动能

D ．质子获得的动量等于氚核获得的动量

10(双)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的周期性变化的电场，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 ( BD ) A ．增大匀强电场间的加速电压 B ．增大磁场的磁感应强度 C ．减小狭缝间的距离 D ．增大D 形金属盒的半径

:

B

11(单)如果用同一回旋加速器分别加速氚核（3

1H）和a粒子(

4

2He)，比较它们所加的高频交流电源的周期

和获得的最大动能的大小，可知( A )

A．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小

B．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大

C．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小

~

D．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大

四磁流体发电机

目前我国正在研制一种新型发电机，叫做磁流体发电机. 如图所示是它的原理图. 将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量带正电和负电的微粒，但从总体来说呈中性）以水平速度v通过两水平放置的平行金属板的空间，空间存在磁感强度为B的匀强磁场。在洛伦兹力作用下，正、负离子分别向上、下极板偏转、积累，从而在板间形成一个向下的电场．两板间形成一定的电势差．当qvB=qU/d时电势差稳定U＝dvB，这就相当于一个可以对外供电的电源．

12(双)将一束等离子体沿图中所示方向喷射入磁场，磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就聚集了电荷．在磁极配置如图中所示的情况下，下述说法正确的是（BD ）

A．A板带正电

B．有电流从b经用电器流向a

C．金属板A、B间的电场方向向下

D．等离子体发生偏转的原因是离子所受洛伦兹力大于所受电场力

13(双)如图，连接平行金属板P1和P2的导线的一部分CD和另一连接电

池的回路的一部分GH平行，CD和GH均在纸平面内，金属板置于磁场中，

磁场方向垂直于纸面向里，当一束等离子体射入两金属板之间时，CD段

导线将受到力的作用，下列判断正确的是( AD )

A.等离子体从右侧射入时，CD受力的方向远离GH

B.等离子体从右侧射入时，CD受力的方向指向GH

C.等离子体从左侧射入时，CD受力的方向远离GH

D.等离子体从左侧射入时，CD受力的方向指向GH

2.电磁流量计（如图4所示）

在非磁性材料做成的圆管道外加一匀强磁场区域，当管中的

导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上下两点间的电势差U，

就可以知道管中的液体的流量Q——单位时间内流过液体的体积

（m³/ѕ）.已知管的直径为D和磁感应强度为B.