1.4 质谱仪与回旋加速器-2023-2024学年高二物理高分突破专题训练（人教版选择性必修第二册）

1.4：质谱仪与回旋加速器一：知识精讲归纳考点一、质谱仪1．质谱仪构造：主要构件有加速电场、偏转磁场和照相底片．2．运动过程(如图)(1)带电粒子经过电压为U的加速电场加速，qU＝eq \f(1,2)mv2.(2)垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做匀速圆周运动，r＝eq \f(mv,qB)，可得r＝eq \f(1,B)eq \r(\f(2mU,q)).3．分析：从粒子打在底片D上的位置可以测出圆周的半径r，进而可以算出粒子的比荷．考点二、回旋加速器1．回旋加速器的构造：两个D形盒，两D形盒接交流电源，D形盒处于垂直于D形盒的匀强磁场中，如图.2．工作原理(1)电场的特点及作用特点：两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的电场．作用：带电粒子经过该区域时被加速．(2)磁场的特点及作用特点：D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中．作用：带电粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，从而改变运动方向，半个圆周后再次进入电场．大重点技巧归纳回旋加速器两D形盒之间有窄缝，中心附近放置粒子源(如质子、氘核或α粒子源)，D形盒间接上交流电源，在狭缝中形成一个交变电场．D形盒上有垂直盒面的匀强磁场(如图所示)．(1)电场的特点及作用特点：周期性变化，其周期等于粒子在磁场中做圆周运动的周期．作用：对带电粒子加速，粒子的动能增大，qU＝ΔEk.(2)磁场的作用改变粒子的运动方向．粒子在一个D形盒中运动半个周期，运动至狭缝进入电场被加速．磁场中qvB＝meq \f(v2,r)，r＝eq \f(mv,qB)∝v，因此加速后的轨迹半径要大于加速前的轨迹半径．(3)粒子获得的最大动能若D形盒的最大半径为R，磁感应强度为B，由r＝eq \f(mv,qB)得粒子获得的最大速度vm＝eq \f(qBR,m)，最大动能Ekm＝eq \f(1,2)mvm2＝eq \f(q2B2R2,2m).(4)两D形盒窄缝所加的交流电源的周期与粒子做圆周运动的周期相同，粒子经过窄缝处均被加速，一个周期内加速两次．二：考点题型归纳题型一：基于加速电场的质谱仪1．（2022·辽宁·大连二十四中高二期中）利用质谱仪可以分析同位素，如图所示，电荷量均为q的同位素碘131和碘127质量分别为m1和m2，从容器A下方的小孔S1进入电势差为U的电场，初速度忽略不计，经电场加速后从S2射出，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。则照相底片上碘131和碘127与S2之间的距离之比为（　　）A． B． C． D．2．（2022·山西太原·高二期中）如图的质谱仪中，加速电场的电压恒定。一质子（质量为m、电荷量为+e）在入口处从静止开始被电场加速，经磁感应强度大小为B0的匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若氦核（质量为4m、电荷量为+2e）在入口处由静止开始被电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从出口离开磁场，需将磁感应强度增加到（　　）A． B．2B0 C． 4B0 D． 8B03．（2022·江苏省阜宁中学高二期中）如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成，若静电分析器通道中心线的半径为，通道内均匀辐射电场在中心线处的电场强度大小为，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为、方向垂直纸面向外。一质量为、电荷量为的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的点。不计粒子重力，下列说法正确的是（　　）A．粒子一定带负电B．加速电场的电压C．直径D．若一群离子从静止开始经上述过程都落在胶片上同一点，则该群离子具有不相同的比荷题型二：基于速度选择器的质谱仪4．（2022·内蒙古赤峰·高二期末）质谱仪可以用来分析同位素。如图所示，带电粒子先经过加速电场，然后进入速度选择器，速度选择器内存在相互垂直磁感应强度为B的匀强磁场和电场强度为E匀强电场。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下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表说法确的是（   ）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C．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小D．同一带电粒子，磁感应强度B0越大，粒子打到胶片的位置越靠近狭缝P5．（2022·山东·安丘市普通教育教学研究室高二期中）用如图所示装置可测定带电粒子的比荷，装置上方速度选择器中匀强电场的方向水平向右，速度选择器和分离器中匀强磁场的方向垂直纸面向外。在S处有粒子源，将大量粒子沿速度选择器中线方向射入，部分粒子沿选择器中线运动后通过小孔进入分离器，再偏转后打到P1、P2、P3点，若粒子重力均可忽略，不计粒子间的相互作用。则以下说法正确的是（　　）A．打在P3点的粒子比荷最大B．粒子在分离器中运动的时间相同C．沿速度选择器中线运动并进入分离器的粒子其速率均相同D．若测定带负电粒子的比荷，则需要将速度选择器中的电场反向而磁场方向保持不变6．（2022·江苏·响水县第二中学高二期中）某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，为粒子加速器，加速电压为，b为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为，两板间距离为d，c为偏转分离器，磁感应强度为，有一个质量为、电荷量为e的正粒子（不计重力），从静止开始，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。则下列说法正确的是（　　）A．粒子加速器加速后的速度为 B．速度选择器两板间的电压为C．粒子在分离器中做匀速圆周运动的半径为 D．粒子在分离器中做匀速圆周运动的半径为 题型三：回旋加速器原理和最大动能7．（2022·贵州·遵义市第十三中学高二期中）如图所示，粒子回旋加速器由两个D形金属盒组成，两个D形盒正中间开有一条窄缝。两个D形盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压，使正粒子每经过窄缝都被加速，中心S处的粒子源产生初速度为零的正粒子，经狭缝电压加速后，进入D形盒中，己知正粒子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R。每次加速的时间很短，可以忽略不计，下列说法正确的是（　　）A．交变电压的周期为 B．交变电压的频率为C．粒子能获得的最大动能为 D．粒子能被加速的最多次数为8．（2022·广东·顺德一中高二期中）回旋加速器是由两个D形金属盒组成，中间网状狭缝之间加电压（电场），使粒子在通过狭缝时都能得到加速。两D形金隅盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，下列说法合理的是（　　）A．粒子每次回到狭缝时，电场的方向都要改变B．磁场也起加速作用C．粒子在磁场中运动周期是电场变化周期的2倍D．粒子射出D型盒时获得的最大速度与电场强度大小有关，与D型盒的半径、磁感应强度大小都无关。9．（2022·福建厦门·高二期末）如图所示为回旋加速器的主要结构，两个半径为R的半圆形中空金属盒、置于真空中，两盒间留有一狭缝；在两盒的狭缝处加上大小为U的高频交变电压，空间中存在着磁感应强度大小为B、方向垂直向上穿过盒面的匀强磁场。从粒子源P引出质量为、电荷量为的粒子，粒子初速度视为零，在狭缝间被电场加速，在D形盒内做匀速圆周运动，最终从边缘的出口处引出。不考虑相对论效应，忽略粒子在狭缝间运动的时间，则（　　）A．仅提高加速电压，粒子最终获得的动能增大B．所需交变电压的频率与被加速粒子的比荷无关C．粒子第n次通过狭缝后的速度大小为D．粒子通过狭缝的次数为题型四：回旋加速器的运动时间10．（2021·山东·高二阶段练习）粒子加速器是利用电场来推动带电粒子使其获得能量的装置，是高能物理中重要的角色。1931年美国物理学家恩奈斯特·劳伦斯发明了回旋加速器，被加速的粒子在一圆形结构里运动，其运动轨迹由磁场控制，通过交变电场给带电粒子加速。图甲是回旋加速器的示意图，粒子出口处如图所示。图乙是回旋加速器所用的交变电压随时间的变化规律。某物理学习小组在学习了回旋加速器原理之后，想利用同一回旋加速器分别加速两种带正电的粒子，所带电荷量分别为，质量分别为。保持交变电压随时间变化的规律不变，需要调整所加磁场的磁感应强度的大小，则（　　）A．所加磁场的磁感应强度大小之比为 B．粒子获得的最大动能之比为C．粒子的加速次数之比为 D．粒子在回旋加速器中的运动时间之比为11．（2020·黑龙江实验中学高二期末）如图所示为某回旋加速器示意图，利用回旋加速器对粒子进行加速，此时D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压为U。忽略相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间，下列说法中正确的是（　　）A．粒子从磁场中获得能量B．保持B、U和T不变，该回旋加速器可以加速质子C．只增大加速电压粒子在回旋加速器中运动的时间变短D．只增大加速电压粒子获得的最大动能增大12．（2022·全国·高二专题练习）如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，用来加速质量为m，电量为q的质子，质子每次经过电场区时，都恰好在电压为U时并被加速，且电场可视为匀强电场，使质子由静止加速到能量为E后，由A孔射出．下列说法正确的是（    ） A．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高,质子的在加速器中的运动时间将不变．B．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高,质子的在加速器中的运动时间将越长．C．D形盒半径R、磁感应强度B不变，若加速电压U越高,质子飞出D形盒的动能EK将越大．D．磁感应强度B不变，若加速电压U不变, D形盒半径R越大、质子飞出D形盒的动能EK将越大题型五：回旋加速器的电场变化的周期和磁感应强度的关系13．（2022·湖北·襄阳五中高二阶段练习）劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，如图所示为工作原理示意图。置于真空中的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处粒子源产生粒子的质量为m、电荷量为+q，在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．粒子只在电场中加速，因此加速电压越大，粒子出射速度越大B．粒子离开回旋加速器时的最大动能与D形盒半径成正比C．粒子在回旋加速器中运动的时间与加速电压U有关D．该加速器加速质量为2m，电荷量为+q的粒子时，交流电频率应变为2f14．（2022·云南省楚雄天人中学高二）回旋加速器的工作原理如图所示，置于高真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的区时间可忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，A处粒子源产生的粒子质量为m、电荷量为，在加速器中被加速，加速电压为U，加速过程中不考虑相对论效应和重力影响，则（　　）A．加速器加速电压U的周期等于粒子的回旋周期的两倍B．增大加速电压U，出射粒子动能不变C．增大磁感应强度B和D形盒半径R，粒子获得动能可能减小D．粒子在D形盒中运动时间与加速电压U无关15．（2022·江苏·盐城市田家炳中学高二期中）如图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，分别与高频交流电源连接，两个D形金属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，两个D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，忽略粒子在电场中的运动时间，下列说法中正确的是（　　）A．粒子射出时的最大动能与D形金属盒的半径无关B．加速电压越大，粒子最终射出时获得的动能就越大C．若增大加速电压，粒子在回旋加速器中运动的时间将减少D．若增大磁感应强度B，为保证粒子总被加速，必须减小周期性变化电场的频率题型六：质谱仪与回旋加速器的计算16．（2022·江苏·高二期中）甲、乙、丙、丁四幅图分别是回旋加速器、磁流体发电机、速度选择器、质谱仪的结构示意图，下列说法中正确的是（　　）A．图甲中增大交变电场的电压可增大粒子的最大动能B．图乙中可以判断出通过R的电流方向为从a到bC．图丙中粒子沿PQ向右或沿QP向左直线运动的条件都是D．图丁中在分析同位素时，磁场中半径最小的粒子对应质量也一定最小17．（2022·上海市控江中学高二期中）关于回旋加速器的说法正确的是（　　）A．回旋加速器是通过多次电场加速使带电粒子获得高能量的B．回旋加速器是利用磁场对运动电荷的作用使带电粒子的速度增大的C．粒子在回旋加速器中不断被加速，故在磁场中做圆周运动一周所用时间越来越小D．若加速电压提高到4倍，其它条件不变，则粒子获得的最大速度就提高到2倍18．（2022·陕西·西安高新一中沣东中学高二期中）笔记本电脑趋于普及，电脑机身和显示屏对应部位分别有磁体和霍尔元件，当显示屏开启时磁体远离霍尔元件，电脑正常工作；当显示屏闭合时磁体靠近霍尔元件，屏幕熄灭，电脑进入休眠状态。如图，一块宽为a、厚为b、长为c的矩形半导体霍尔元作，元件内单位体积自由电子数为n，电子电量大小为e，通入方向向右，大小为I的电流，此时显示屏闭合，元件处于垂直于上表面、方向向上，大小为B的匀强磁场中，前后表面间出现大小为U的电压，以此控制屏幕的熄灭。则关于该元件的说法不正确的是（　　）A．前表面的电势比后表面的高 B．自由电子受到的洛伦兹力大小为C．自由电子受到的洛伦兹力大小为 D．电压U满足三：课堂过关精练一、单选题19．（2022·河南安阳·高二期中）如图，空间有一无限大正交的电磁场，电场强度为E，方向竖直向下；磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外。电磁场中有一内壁光滑竖直放置的绝缘长筒，其底部有一带电量为-q（q>0），质量为的小球，g为重力加速度，小球直径略小于圆筒。现圆筒在外力作用下以大小为v0的初速度向右做匀速直线运动。下列说法正确的是（  ）A．圆筒开始运动之前，其底部受到的压力为qEB．小球相对于圆筒做匀加速直线运动C．洛伦兹力做正功D．小球从圆筒中飞出后将做斜抛运动20．（2022·江苏·如皋二中高三期中）如图所示，一束含不同离子的离子束，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场并分裂为A、B两束，则（    ）A．A束离子的比荷一定大于B束离子的比荷B．A束离子的动量一定等于B束离子的动量C．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外D．若仅将离子束电性改为相反，则离子束不能顺利通过速度选择器21．（2022·湖北·高二期中）2020年，由中科院合肥研究院等离子体所自主研制的最紧凑型超导回旋质子治疗系统加速器顺利引出200MeV质子束流，实现高能量级超导回旋加速器关键技术突破，标志着国产最紧凑型超导回旋质子加速器研制成功。回旋加速器的原理如图所示，D1和D2是两个半径为R的半圆型金属盒，接在电压为U、周期为T的交流电源上，位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略），质子在两盒之间被电场加速，D1、D2置于与盒面垂直的磁感应强度为B的匀强磁场中。已知质子的电荷量为q、质量为m，忽略质子在电场中运动的时间，不考虑加速过程中的相对论效应，不计质子重力。下列说法正确的是（  ）A．交流电源的周期等于B．若只增大交流电源的电压U，则质子的最大动能将增大C．质子在电场中加速的次数为D．质子第2次和第3次经过两D型盒间狭缝后的运动轨迹半径之比为2:322．（2022·江苏·如皋二中高三期中）如图所示，回旋加速器核心部分是两个D形盒，处在垂直于盒底面的匀强磁场中，磁感应强度大小为B，盒的圆心为O。两盒间接有高频交流电，在盒间产生大小不变的加速电压，使粒子每次穿过狭缝时都得到加速，忽略加速时间。质量为、电荷量为的粒子从O点附近飘入加速电场，经过N次加速后离开加速器，此时粒子的动量大小为p。（1）求D形盒的半径R；（2）粒子多次加速后经过P点绕O做半径为r的圆周运动，求粒子加速到P点所需的时间t。23．（2022·贵州·遵义市第十三中学高二期中）如图所示，M为粒子加速器；N为速度选择器，两平行导体板之间有方向相互垂直的匀强电场和匀强磁场，磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度为B。从S点释放一初速度为0、质量为m、电荷量为q的带正电粒子，经M加速后恰能以速度v沿直线（图中平行于导体板的虚线）通过N。不计重力。（1）求粒子加速器M的加速电压U；（2）求速度选择器N两板间的电场强度E的大小和方向。四：高分突破精练一、单选题24．（2022·四川·华阳职业高级中学高二阶段练习）如图所示，从S处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和匀强磁场中，发现电子流向下极板偏转；设两极板间电场强度为E，磁感应强度为B；欲使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是（　　）A．适当增大电场强度EB．适当增大磁感应强度C．适当减小加速电场两极板之间的距离D．适当增大加速电压U25．（2022·江苏·南京市第一中学高三期中）如图所示，水平地面上方存在相互正交的匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向下、磁场方向水平向里，一个带正电的小球从A点沿水平向右方向进入该区域，落到水平地面上，设飞行时间为，水平射程为，着地速度大小为；撤去磁场，其余条件不变，小球飞行时间为，水平射程为，着地速度大小为．下列判断正确的是（　　）A． B． C． D．26．（2022·贵州·凯里一中高二期中）武汉病毒研究所有我国防护等级最高的实验室，该实验室中有一种污水流量计，其原理可以简化为如下图所示模型：废液内含有大量正、负离子，从直径为的圆柱形容器右侧流入，左侧流出，流量值等于单位时间通过横截面的液体的体积。空间有垂直纸面向里、磁感应强度为的匀强磁场，下列说法正确的是（　　）A．带正电粒子所受洛伦兹力方向向上B．、两点电压会一直变大C．污水流量计的流量与管道直径无关D．只需要再测出、两点电压就能够推算废液的流量值27．（2021·河北·石家庄一中高二阶段练习）如图所示，1、2、3、4是霍尔元件上的四个接线端，毫安表检测输入霍尔元件的电流，毫伏表检测霍尔元件输出的电压。已知图中的霍尔元件是正电荷导电，当开关，闭合后，电流表A和电表B、C都有明显示数，下列说法正确的是（　　）A．电表B为毫伏表，电表C为毫安表B．接线端2的电势低于接线端4的电势C．保持不变，适当减小，则毫伏表示数一定增大D．使通过电磁铁和霍尔元件的电流大小不变，方向均与原电流方向相反，则毫伏表的示数将增大28．（2022·湖北·黄冈中学高一期中）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。图中的铅盒A中的放射源放出大量的带正电粒子（可认为初速度为零），从狭缝进入电压为U的加速电场区加速后，再通过狭缝从小孔G垂直于MN射入偏转磁场，该偏转磁场是以直线MN为切线、磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外半径为R的圆形匀强磁场，现在MN上的F点（图中未画出）接收到该粒子，且，则该粒子的比荷为（粒子的重力忽略不计）（　　）A． B．C． D．29．（2022·河南·宜阳县第一高级中学高二期中）在一个很小的矩形半导体薄片上制作四个电极E、F、M、N，做成了一个霍尔元件。在E、F间通入恒定电流I，同时外加与薄片垂直的磁场B，此时M、N间的电压为UH。已知半导体薄片中的载流子为正电荷，电流与磁场的方向如图所示，下列说法正确的是（　　）A．N板电势低于M板电势B．磁感应强度越大，M、N间的电势差越大C．将磁场方向变为与薄片的上、下表面平行，UH不变D．将磁场和电流同时反向，N板电势低于M板电势二、多选题30．（2022·辽宁大连·高二期中）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形盒。两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，使带电粒子在通过狭缝时都能得到加速。两D形盒处于垂直于盒底面的匀强磁场中，如图所示。在保持匀强磁场的磁感应强度和加速电压不变的情况下，用同一装置分别对质子和氦核加速，则下列说法中正确的是（　　）A．质子与氦核所能达到的最大半径比为1：2B．质子与氦核所能达到的最大速度之比为2：1C．质子与氦核所能达到的最大动能之比为1：1D．加速质子、氦核时交变电压的周期之比为2：131．（2022·辽宁·凤城市第一中学高二期中）图甲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。带电粒子从静止开始运动的速率v随时间t变化如图乙，已知乙tn时刻粒子恰射出回旋加速器，不考虑相对论效应、粒子所受的重力和穿过狭缝的时间，下列判断正确的是（　　）A．高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1B．C．粒子在电场中的加速次数为D．在粒子的质量m、电荷量q、磁感应强度B及D形金属盒的半径r不变的情况下，粒子的加速次数越多，粒子的最大动能一定越大32．（2022·湖北·高二期中）如图中关于磁场中的四种仪器的说法中正确的是（    ）A．甲中回旋加速器加速带电粒子的最大动能与回旋加速器的半径有关B．乙中不改变质谱仪各区域的电场磁场时击中光屏同一位置的粒子比荷相同C．丙中自由电荷为负电荷的霍尔元件通上如图所示电流和加上如图磁场时，M侧带负电荷D．丁中长宽高分别为a、b、c的电磁流量计加上如图所示磁场，若流量Q恒定，前后两个金属侧面的电压与a、b有关33．（2022·海南省洋浦中学高二期中）速度选择器原理如图所示，一束带电粒子（不计重力）从左端水平射入后，部分粒子沿直线从右端水平射出，则下列说法中正确的是（　　）A．射出的带电粒子一定带负电B．速度选择器的上极板一定带正电C．沿虚线水平射出的带电粒子的速率一定等于D．若带电粒子的入射速度，则粒子一定向上偏转34．（2022·河南安阳·高二期中）某一含有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A0为粒子加速器，B0为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B，速度选择器两板间电压为U，板间距为d；C0为偏转分离器。现有比荷为k的正粒子（重力不计），从O点由静止开始经加速后沿直线通过速度选择器，粒子进入分离器后做圆周运动的半径为R，则下列说法正确的是（  ）A．粒子的速度为B．粒子加速器的电压为C．分离器的碰感应强度为D．此装置可将氘核和α（He原子核）粒子束分离开35．（2022·陕西·西安高新唐南中学高二期中）如图所示，甲是回旋加速器，乙是磁流体发电机，丙是速度选择器，丁是霍尔元件，下列说法正确的是（　　）A．甲图可通过增加回旋加速器的半径来增大粒子的最大动能B．乙图可通过增加A、B两板间的距离来增大电源电动势C．丙图可以判断出带电粒子的电性，但带电粒子不能够从右侧沿水平直线匀速通过速度选择器D．丁图中产生霍尔效应时，无论载流子带正电或负电，稳定时都是D板电势低36．（2022·福建·厦门英才学校高三期中）如图所示，足够长的固定绝缘粗细均匀的直管道水平放置，横截面为正方形，里面放有带正电的立方体物块。物块的质量为m，电荷量为q，边长稍微小于管道横截面的边长，与管道间的动摩擦因数为μ ，匀强磁场的磁感应强度大小为B，方向垂直于管道的前后面。现对物块施加水平向右的力F，使物块自静止开始以大小为a的加速度向右做匀加速直线运动，已知重力加速度为g，对物块运动过程的说法正确的是（　　）A．力F随时间先均匀减小，后均匀增大B．力F的最小值为零C．自开始运动至F最小的过程中，物块的位移大小为D．自开始运动至F最小的过程中，力F对物块的冲量大小为37．（2022·山东·青岛二中高二期中）下图是一个回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频交流电源相连。现分别加速氘核（）和氦核（），下列说法正确的是（　　）A．它们的最大速度相同B．它们的最大动能相同C．两次所接高频交流电源的频率相同D．仅增大高频交流电源的频率即可增大粒子的最大动能三、解答题38．（2022·全国·高二）回旋加速器的工作原理如图甲所示，置于真空中的D形金属盒的半径为R，两盒间狭缝的宽度为d，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直。被加速的粒子质量为m，电荷量为+q，加在狭缝间的电压的变化规律如图乙所示，电压为U0，周期 。一束该种粒子在0~时间内从A处飘入狭缝，其初速度视为零。现考虑粒子在狭缝中的运动时间，假设能够出射的粒子每次经过狭缝均做匀加速运动，不考虑粒子间的相互作用。求粒子从飘入狭缝至动能刚好达到最大值Ekm所需的总时间t0。39．（2022·福建省漳浦第一中学高二期末）如图为实验室筛选带电粒子的装置示意图，左端为加速器，中间为速度选择器，其中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强磁场的磁感应强度，两极板间电压，两极板间的距离，速度选择器右端是一个底面半径的圆筒，可以围绕竖直中心轴顺时针转动，筒壁的一个水平圆周上均匀分布着8个小孔（至），圆筒内部有竖直向下、磁感应强度大小为的匀强磁场。一带电荷量大小为、质量为的带电粒子，从静止开始经过加速电场后匀速穿过速度选择器，圆筒不转时，粒子恰好从小孔射入，从小孔射出。若粒子碰到圆筒就被圆筒吸收，求：（1）粒子在穿过速度选择器时的速度大小；（2）圆筒内匀强磁场的磁感应强度的大小，并判断粒子带正电还是负电；（3）要使粒子从一个小孔射入圆筒后能从正对面的小孔射出（如从进入，从射出），则圆筒匀速转动的角速度为多大？40．（2022·广东汕头·高三期中）如图一质谱仪可以由加速器和磁分析器组成，其简化原理如图所示。右侧的磁分析器中分布着方向垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B。由离子源源源不断的产生甲、乙两种离子。两种离子的电量和电性相同，甲离子的质量为m，乙离子的质量为2.25m。两离子由静止开始在加速器经过恒定电压加速后，从O点向右进入右侧磁分析器中，己知甲离子击中放置于磁分析器左边界的探测板的P点，已知OP的距离为d0，不计重力和离子间相互作用。（1）求乙离子达到探测板上的位置与O点的距离d1；（2）若磁感应强度在(B+kB)到(B-kB)之间缓慢波动(0