高中4 质谱仪与回旋加速器课堂检测

这是一份高中4 质谱仪与回旋加速器课堂检测，共5页。试卷主要包含了选择题，非选择题等内容，欢迎下载使用。
1.4 质谱仪与回旋加速器一、选择题(本题共5小题，每题7分，共35分)1．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。离子源S产生的各种不同正离子束(速度可视为零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离为x，可以判断(　B　)A．若离子束是同位素，则x越小，离子质量越大B．若离子束是同位素，则x越小，离子质量越小C．只要x相同，则离子质量一定相同D．x越大，则离子的比荷一定越大解析：由qU＝mv2，qvB＝，解得r＝ ，又x＝2r＝ ，分析各选项可知只有B正确。2．如图所示，一个质量为m，电荷量为q的带正电的粒子(不计重力)，从静止开始经电压U加速后，沿水平方向进入一垂直于纸面向外的匀强磁场B中，带电粒子经过半圆到A点，设OA＝y，则能正确反映y与U之间的函数关系的图像是(　C　)解析：粒子在电场中加速，由动能定理得：qU＝mv2－0，粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB＝m，由几何知识得：y＝2r，解得：y＝，图C所示图像正确；故选C。3．(多选)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面的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，下列说法中正确的是(　CD　)A．减小狭缝间的距离B．增大匀强电场间的加速电压C．增大磁场的磁感应强度D．增大D形金属盒的半径解析：当粒子从D形盒中射出来时速度最大，根据qvmB＝m，得vm＝则最大动能为Ekm＝mv＝，知最大动能与加速的电压无关，与狭缝间的距离无关，与磁感应强度大小和D形盒的半径有关，增大磁感应强度和D形盒的半径，可以增加粒子的最大动能。故选CD。4．(多选)如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场和匀强电场组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P进入平板下方的匀强磁场，平板下方的磁场方向如图所示。粒子最终打在S板上，粒子重力不计，则下面说法正确的是(　BD　)A．粒子带负电B．能沿直线通过狭缝P的粒子具有相同的速度C．粒子打在S板上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小D．打在同一点的粒子，在磁场中运动的时间相同解析：带电粒子在磁场中向左偏转，根据左手定则，知该粒子带正电。故A错误；粒子经过速度选择器时所受的电场力和洛伦兹力平衡，有：qE＝qvB，则v＝E/B，即能沿直线通过狭缝P的粒子具有相同的速度，选项B正确；经过速度选择器进入磁场B′的粒子速度相等，根据r＝知，粒子打在A1A2上的位置越靠近P，则半径越小，粒子的比荷越大，故C错误；打在同一点的粒子，在磁场中运动的半径相同，又因为速度也相同，则时间相同，选项D正确。5．(多选)如图所示，一个质量为m、电荷量为e的粒子从容器A下方的小孔S无初速度地飘入电势差为U的加速电场，然后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打在照相底面M上。下列说法正确的是(　AC　)A．粒子进入磁场时的速率v＝B．粒子在磁场中运动的时间t＝C．粒子在磁场中运动的轨道半径r＝D．若容器A中的粒子有初速度，则粒子仍将打在照相底片上的同一位置解析：带电粒子在加速电场中加速运动，由动能定理有eU＝mv2，得粒子进入磁场时的速率为v＝，选项A正确；粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，有evB＝m，解得r＝＝，周期T＝＝，粒子在磁场中运动的时间t＝＝，选项B错误，C正确；若容器A中的粒子有初速度v0，则根据动能定理有eU＝mv′2－mv，得粒子进入磁场时的速度v′＝，粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则有ev′B＝m，解得r′＝＝>r，可知若容器A中的粒子有初速度，则粒子打在照相底片上的不同位置，选项D错误。二、非选择题6．(12分)回旋加速器D形盒中央为质子流，D形盒的交流电压为U，静止质子经电压U加速后，进入D形盒，其最大轨道半径为R，磁场的磁感应强度为B，质子质量为m。求：(1)质子最初进入D形盒的动能为多大？(2)质子经回旋加速器最后得到的动能为多大？(3)交流电源的频率是多少？解析：(1)粒子在电场中加速，由动能定理得eU＝Ek－0，解得Ek＝eU。(2)粒子在回旋加速器的磁场中运动的最大半径为R，由牛顿第二定律得evB＝m，质子的最大动能Ekm＝mv2，解得Ekm＝。(3)由电源的周期与频率间的关系可得f＝，电源的周期与质子的运动周期相同，均为T＝，解得f＝。7．(13分)如图所示为质谱仪的示意图，在容器A中存在若干种电荷量相同而质量不同的带电粒子，它们可从容器A下方的小孔S1飘入电势差为U的加速电场，它们的初速度几乎为0，然后经过S3沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上。若这些粒子中有两种电荷量均为q、质量分别为m1和m2的粒子(m1＜m2)。(1)分别求出两种粒子进入磁场时的速度v1、v2的大小；(2)求这两种粒子在磁场中运动的轨道半径之比；(3)求两种粒子打到照相底片上的位置间的距离。答案：(1)、　(2)　(3)(－)解析：(1)经过加速电场，根据动能定理得：对m1粒子：qU＝m1v，m1粒子进入磁场时的速度：v1＝；对m2粒子有：qU＝m2v，m2粒子进入磁场时的速度：v2＝。(2)在磁场中，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律得：qvB＝m，解得，粒子在磁场中运动的轨道半径：R＝，代入(1)结果，可得两粒子的轨道半径之比：R1：R2＝。(3)m1粒子的轨道半径：R1＝，m2粒子的轨道半径：R2＝，两粒子打到照相底片上的位置相距：d＝2R2－2R1，解得，两粒子位置相距为：d＝(－)。