质谱仪回旋加速器专题复习
高三物理质谱仪和回旋加速器试题
高三物理质谱仪和回旋加速器试题1. 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如下图所示，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D形盒之间空隙的电场中获得能量B．回旋加速器只能用来加速正离子C．离子在磁场中做圆周运动的周期是加速交变电压周期的一半D．离子在磁场中做圆周运动的周期与加速交变电压周期相等【答案】AD【解析】回旋加速器利用电场加速，在磁场中速度大小不变，运用磁场偏转．故A正确；回旋加速器可以加速正电荷，也可以加速负电荷．故B错误；回旋加速器离子在磁场中做圆周运动的周期与加速交变电压的周期相等．故C错误正确D．【考点】回旋加速器的工作原理2.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器．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．粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大B．若增大磁感应强度，为保证该粒子每次进人电场均被加速，应增大高频电源交流电的频率C．不同粒子在两D型盒中运动时间可能不相同D．不同粒子获得的最大动能都相同【答案】B【解析】据题意，由得可知，当带电粒子的荷质比和磁场磁感应强度一定，则粒子被回旋加速器加速的最大速度由回旋加速器的半径决定，所以半径越大获得的最大动能越大，A、D选项错误；据带电粒子运动周期和可知，如果增大磁感应强度，则粒子运动周期变小，粒子转动频率增加，为了保证每次粒子进入电场都被加速，则应增大交流电的频率，B选项正确；由于粒子在磁场中运动周期为，则粒子在两个D形盒中运动时间均为，故C选项错误。
【考点】本题考查回旋加速器原理。
3.二十世纪初，卡文迪许实验室(Cavendish Laboratory)的英国物理学家阿斯顿首次制成了聚焦性能较高的质谱仪，并用此来对许多元素的同位素及其丰度进行测量，从而肯定了同位素的普遍存在。
高中物理选修2质谱仪与回旋加速器选择题专项训练
高中物理选修2质谱仪与回旋加速器选择题专项训练姓名：__________ 班级：__________考号：__________一、选择题（共22题）1、一带电质点在匀强磁场中做圆周运动，现给定了磁场的磁感应强度、带电质点的质量和电量．若用V表示带电质点运动的速率，R表示其轨道半径，则带电质点运动的周期A．与V有关，与R有关 B．与V无关，与R无关C．与V有关，与R无关 D．与V无关，与R有关2、如图所示，长方形abcd 长ad= 0.6m ，宽ab= 0.3m , O、e分别是ad、bc 的中点，以ad为直径的半圆内有垂直纸面向里的匀强磁场（边界上无磁场），磁感应强度B＝0.25T 。
一群不计重力、质量m＝3 ×10-7 kg 、电荷量q＝＋2×10－3C 的带电粒子以速度v＝5×l02m/s 沿垂直ad方向且垂直于磁场射入磁场区域A．从Od边射入的粒子，出射点全部分布在Oa边B．从 aO边射入的粒子，出射点全部分布在ab边C．从Od 边射入的粒子，出射点分布在Oa 边和ab边D．从aO边射入的粒子，出射点分布在ab边和bc边3、如图，在MN直线上方有方向垂直纸面向里的匀强磁场，电子1、2都以速率v从O点射入，射入方向与MN的夹角分别为θ和л-θ，它们从MN射出时，射出点到O点的距离分别为s1和s2，在磁场运动的时间为t1和t2，则 ( )A．s1 < s2B．s1 = s2C．t1 : t2= (л-θ): θD．t1 : t2= θ: (2л-θ)4、如图所示为回旋加速器的示意图．两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A处开始加速．已知D型盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m，电荷量为q．下列说法不正确的是（）A．质子的最大速度不超过2RfB ．质子的最大动能为C ．高频交变电源的频率D．质子的最大动能与高频交变电源的电压U有关，且随电压U增大而增加5、初速为的电子，沿平行于通电长直导线的方向射出，直导线中电流方向与电子的初始运动方向如图所示，则A．电子将向右偏转，速率不变B．电子将向左偏转，速率改变C．电子将向左偏转，速率不变D．电子将向右偏转，速率改变6、质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。
高中物理选修2质谱仪与回旋加速器多项选择题专项训练
高中物理选修2质谱仪与回旋加速器多项选择题专项训练姓名：__________ 班级：__________考号：__________一、多项选择（共22题）1、两个粒子，电量相等，在同一匀强磁场中受磁场力而做匀速圆周运动 ( ) A．若速率相等，则半径必相等B．若动能相等，则周期必相等C．若质量相等，则周期必相等D．若动量大小相等，则半径必相等2、如图所示，沿直线通过速度选择器的两种离子从狭缝S射入磁感应强度为B2的匀强磁场中，偏转后出现的轨迹半径之比为R1∶R2＝1∶2，则下列说法正确的是A．离子带正电B．离子的速度之比为1∶2 C．离子的电荷量之比为1∶2 D．离子的比荷之比为2∶13、如下图所示，在两个不同的匀强磁场中，磁感强度关系为B1=2B2，当不计重力的带电粒子从B1磁场区域运动到B2磁场区域时，（在运动过程中粒子的速度始终与磁场垂直）则粒子的A．速率将加倍B．轨道半径将加倍C．周期将加倍D．做圆周运动的角速度将加倍4、两个粒子,带电量相等,在同一匀强磁场中只受磁场力而作匀速圆周运动。
A．若速率相等,则半径必相等；B．若质量相等,则周期必相等；C．若动量大小相等,则半径必相等； D．若动能相等,则周期必相等．5、如图，一束电子以大小不同的速率沿图示方向飞入一正方形的匀强磁场区，对从ab边离开磁场的电子，下列判断正确的是A．从a点离开的电子速度最小B．从a点离开的电子在磁场中运动时间最短C．从b点离开的电子运动半径最小D．从b点离开的电子速度偏转角最小6、在匀强磁场中一个带电粒子（不计重力）做匀速圆周运动，如果又顺利垂直进入另一个磁感应强度是原来磁感应强度2倍的匀强磁场，则粒子运行的( )A．速率加倍 B．速率减半C．半径减半 D．周期减半7、一个带电粒子以某一初速度射入匀强磁场中，不考虑其它力的作用，粒子在磁场中不可能做（）A．匀速直线运动 B．匀变速直线运动C．匀变速曲线运动 D．匀速圆周运动8、如图所示是质谱仪的工作原理示意力。
2021年高中物理(人教2019版)特色专题营：第4讲：质谱仪与回旋加速器原理《讲义教师版》
第4讲质谱仪与回旋加速器原理学习目标1、能够利用电场、磁场对粒子的作用理解质谱仪的工作原理2、能够理解回旋加速器的工作原理并进行相关计算入门测多选题练习1.（2021春∙屯溪区校级月考）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。
置于高真空中的半径为R的D形金属盒中，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，高频交变电压u的频率为f。
若A处粒子源产生的质子质量为m、电荷量为+q，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。
用该回旋加速器加速质子，为了使质子获得的动能减小为原来的1/9，原则上不可采用下列哪种方法（）A．将其磁感应强度减小为原来的倍B．将其磁感应强度减小为原来的倍C．将D形盒的半径减小为原来的倍D．将D形盒的半径减小为原来的倍【答案】BD【解析】题干解析:根据R知，粒子的最大速度为：v，那么最大动能为：E km mv2，为了使质子获得的动能减小为原来的，因此将其磁感应强度减小为原来的倍，或将D形盒的半径减小为原来的倍，故AC正确，BD错误；本题选择不可行的，练习2.（2021∙河西区三模）加速器是当代科研、医疗等领域必需的设备，如图所示为回旋加速器的原理图，其核心部分是两个半径均为R的中空半圆金属D形盒，并处于垂直于盒底的磁感应强度为B的匀强磁场中。
现接上电压为U的高频交流电源后，狭缝中形成周期性变化的电场，使圆心处的带电粒子在通过狭缝时都能得到加速。
若不考虑相对论效应、重力和在狭缝中运动的时间，下列说法正确的是（）A．高频交流电周期是带电粒子在磁场中运动周期的2倍B．U越大，带电粒子最终射出D形盒时的速度就越大C．带电粒子在加速器中能获得的最大动能只与B、R有关D．若用该回旋加速器分别加速不同的带电粒子，可能要调节交变电场的频率【答案】CD【解析】题干解析:AD、交变电场的周期与带电粒子运动的周期相等，带电粒子在匀强磁场中运动的周期T，与粒子的速度无关，所以加速后，交变电场的周期不需改变，不同的带电粒子，在磁场中运动的周期不等，所以加速不同的带电粒子，一般要调节交变电场的频率，故A错误，D正确。
高二物理质谱仪和回旋加速器试题答案及解析
高二物理质谱仪和回旋加速器试题答案及解析1. 美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，能使带电粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量。
如图所示为改进后的回旋加速器的示意图，其中距离很小的盒缝间的加速电场的场强大小恒定，且被限制在A 、C 板间，带电粒子从P 0处静止释放，并沿电场线方向进入加速电场，经加速后进入D 形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对于这种回旋加速器，下列说法正确的是A ．带电粒子每运动一周被加速一次B ．P 1P 2＝P 2P 3C ．粒子能达到的最大速度与D 形盒的尺寸无关 D ．加速电场的方向需要做周期性的变化 【答案】A【解析】据题意，由于加速电场只在实线部分有，则带电粒子运动一周，经过加速电场一次，故应该被加速一次，选项A 正确而D 选项错误；据图有：和，由于带电粒子经过加速电场时有：，经过处理得到：，即，同理有：，故B 选项错误；据可知，带电粒子的最大速度有D 形盒半径决定，故C 选项错误。
【考点】本题考查回旋加速器。
2. 如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图。
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B 1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B 2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B 1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，则分别打在P 1、P 2、P 3、P 4四点的离子分别是（ ）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】四种粒子，只有两个粒子通过速度选择器，只有速度满足,，才能通过速度选择器．所以通过速度选择器进入磁场的粒子是乙和丙，根据，乙的质量小于丙的质量，所以乙的半径小于丙的半径，则乙打在P 3点，丙打在P 4点．甲的速度小于乙的速度，即小于，洛伦兹力小于电场力，粒子向下偏转，打在P 1点．丁的速度大于乙的速度，即大于，洛伦兹力大于电场力，粒子向上偏转，打在P2点，故B正确，A、C、D错误。
高中物理选修2质谱仪与回旋加速器解答题专项训练
高中物理选修2质谱仪与回旋加速器解答题专项训练姓名：__________ 班级：__________考号：__________一、解答题（共18题）1、如图所示，两平行金属板P、Q水平放置，板间存在电场强度为E的匀强电场和磁感应强度为B1的匀强磁场．一个带正电的粒子在两板间沿虚线所示路径做匀速直线运动．粒子通过两平行板后从O点进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场中，在洛仑兹力的作用下，粒子做匀速圆周运动，经过半个圆周后打在挡板MN上的A点．测得O、A两点间的距离为L．不计粒子重力．（1）试判断P、Q间的磁场方向；（2）求粒子做匀速直线运动的速度大小v；（3）求粒子的电荷量与质量之比．2、如图所示为质谱仪的原理图，A为粒子加速器，电压为U1；B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为B2.今有一质量为m、电量为q的正离子经加速后，恰好通过速度选择器，进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动，求：(1)粒子的速度v；(2)速度选择器的电压U2；(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R。
3、如图所示，两平行金属板间电势差为U，板间电场可视为匀强电场，金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场．带电量为＋q、质量为m的粒子，由静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，并进入磁场做匀速圆周运动．忽略重力的影响，求：(1)粒子从电场射出时速度v的大小；(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R.4、质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．如图所示为一种质谱仪的示意图．已知离子的质量为m，带电量为q, 重力不计.速度选择器其中电场强度为E，匀强磁场．磁感应强度为B1(1) 为了使离子从静止开始经加速电场后沿直线穿过速度选择器，加速电压U应多大？后，要使离子打在乳胶底片上的位置距离射入点O的距离为L，(2) 离子进入匀强磁场区域B2应为多大？B2(3) 离子在匀强磁场区域B2中运动的时间多长？5、如图所示，两平行金属板间距为d，电势差为U，板间电场可视为匀强电场；金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场，带电量为+q、质量为m的粒子，由静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，并进入磁场做匀速圆周运动，忽略重力的影响，求：（1）匀强电场场强E的大小；（2）粒子从电场射出时速度ν的大小；（3）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R。
高二物理质谱仪和回旋加速器试题答案及解析
高二物理质谱仪和回旋加速器试题答案及解析1.质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场。
如图所示为质谱仪的原理图，设想有一个静止的质量为m、带电量为q的带电粒子（不计重力），经电压为U的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为B的偏转磁场中，带电粒子打至底片上的P点，设OP=x，则在图中能正确反映x 与U之间的函数关系的是（）【答案】B【解析】试题分析:电子在加速电场中：根据动能定理得qU=，得到v==；电子进入磁场过程：由evB=，电子的轨迹半径为r==， x=2r=，可见x∝，故B正确，A、C、D错误【考点】质谱仪的工作原理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()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【答案】C【解析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，速度达最大时，粒子运动的半径与D型盒半径相等，由圆周运动规律有：,，则，可见要增大粒子射出时的动能，可增大磁场的磁感应强度或增大D形盒的半径，与加速电压无关，故C正确；【考点】考查了回旋加速器原理3.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，要增大某一带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是( )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【答案】BD【解析】设D形盒的半径为R，则粒子可能获得的最大速度由解得带电粒子做匀速圆周运动的轨道半径得粒子可能获得的最大动能Ekm=,由此式得选项BD正确。
专题1-9 质谱仪和回旋加速器(人教版2019选择性必修第二册)(原卷版)
专题1.9 质谱仪与回旋加速器【人教版】【题型1 质谱仪】 .......................................................................................................................................................【题型2 回旋加速器】 ...............................................................................................................................................【题型3 综合问题】 ...................................................................................................................................................【题型4 速度选择器】 ...............................................................................................................................................【题型5 磁流体发电机】 ...........................................................................................................................................【题型6 电磁流量计】 ...............................................................................................................................................【题型7 霍尔元件】 ...................................................................................................................................................【题型8 综合问题】 ...................................................................................................................................................【题型1 质谱仪】【例1】如图所示，在容器A 中有同一种元素的两种同位素正粒子，它们的初速度几乎为0，粒子可从容器A 下方的小孔S 1飘入加速电场，然后经过S 3沿着与磁场垂直的方向进入匀强磁场中，最后第一种同位素粒子打到照相底片D 上的M 点，第二种同位素粒子打到照相底片D 上的N 点。
《4. 质谱仪与回旋加速器》(同步训练)高中物理选择性必修 第二册_人教版_2024-2025学年
《4. 质谱仪与回旋加速器》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、质谱仪是用于分析带电粒子的质量和电荷的重要仪器。
质谱仪利用的是带电粒子在磁场中的偏转特性，根据偏转角度不同判断粒子质量。
因此，质谱仪的设计原理和关键部件主要是利用了哪种效应？A. 电磁感应B. 磁偏转C. 趋肤效应D. 光电效应2、在回旋加速器中，粒子的最终动能主要取决于加速器的哪个参数？A. 交流电场的周期B. 交流电场的频率C. 磁场的强度D. 电极间的距离3、下列关于质谱仪的说法正确的是：A. 质谱仪通过磁场对离子进行偏转使它们分离B. 质谱仪通过电场对离子进行偏转使它们分离C. 质谱仪可以分析同位素的比例D. 以上都不正确4、关于回旋加速器，以下哪种说法是错误的：A. 回旋加速器是利用交变电场对带电粒子进行加速B. 回旋加速器中的磁场会将带电粒子偏转向圆周运动C. 回旋加速器中粒子的最大能量与其交变电场的强度成正比D. 回旋加速器无法实现高速带电粒子的束流输出5、题干：质谱仪是一种用于分析物质成分的仪器，其基本原理是利用电场和磁场使不同质量的带电粒子在运动过程中发生偏转，从而达到分离和检测的目的。
以下关于质谱仪的说法正确的是：A. 质谱仪只能用于分析固态物质B. 质谱仪的分辨率越高，说明它能够分离的质量数范围越小C. 质谱仪的灵敏度越高，表示它可以检测到质量数越小的粒子D. 在质谱仪中，带正电的粒子在磁场中的偏转半径与粒子的速度成正比6、题干：回旋加速器是一种利用磁场和电场使带电粒子在螺旋路径上加速的装置。
以下关于回旋加速器的说法正确的是：A. 回旋加速器只能加速质子B. 在回旋加速器中，粒子的最大动能与加速电压成正比C. 回旋加速器中的磁场强度越大，粒子的最大速度越大D. 回旋加速器中的磁场方向与电场方向相互垂直7、质谱仪利用磁场对粒子进行分离时，下列说法正确的是（）。
A、带电粒子的速度越大，其偏转角度越大B、带电粒子的电荷量越大，其偏转角度越大C、带电粒子的质量越大，其偏转角度越大D、带电粒子的比荷 (q/m) 越大，其偏转角度越大二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下哪些粒子可以通过质谱仪进行检测？（）A. 电子B. 中子C. 质子D. 轻原子E. 重原子2、以下关于回旋加速器的描述，正确的是？（）A. 回旋加速器可以用来加速带电粒子B. 回旋加速器利用恒定的磁场和交变的电场来加速带电粒子C. 在回旋加速器中，带电粒子的轨道半径随着速度增加而减小D. 回旋加速器可以通过调节外部磁场的大小来控制带电粒子的速度3、以下哪些说法关于回旋加速器是正确的？A. 回旋加速器利用磁场使带电粒子做圆周运动。
高三物理质谱仪和回旋加速器试题答案及解析
高三物理质谱仪和回旋加速器试题答案及解析1.回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速．两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出．如果用同一回旋加速器分别加速氚核（）和α粒子（）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，有A．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B．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【答案】 B【解析】回旋加速器是通过电场进行加速，磁场进行偏转来加速带电粒子．带电粒子在磁场中运动的周期与交流电源的周期相同，根据，比较周期．当粒子最后离开回旋加速器时的速度最大，根据，求出粒子的最大速度，从而得出最大动能的大小关系．带电粒子在磁场中运动的周期与交流电源的周期相同，根据，知氚核（13H）的质量与电量的比值大于α粒子（24He），所以氚核在磁场中运动的周期大，则加速氚核的交流电源的周期较大．根据得，最大速度，则最大动能，氚核的质量是α粒子的倍，氚核的电量是倍，则氚核的最大动能是α粒子的倍，即氚核的最大动能较小．故B正确，A、C、D错误．2.（10分）回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，图中为回旋加速器的示意图。
D1、D2是两个中空的铝制半圆形金属扁盒，在两个D形盒正中间开有一条狭缝，两个D形盒接在高频交流电源上。
在D1盒中心A处有粒子源，产生的带正电粒子在两盒之间被电场加速后进入D2盒中。
两个D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动，经过半个圆周后，再次到达两盒间的狭缝，控制交流电源电压的周期，保证带电粒子经过狭缝时再次被加速。