質(zhì)譜儀與回旋加速器 同步練習(xí)

1.4質(zhì)譜儀與回旋加速器同步練習(xí)

一、選擇題

1、質(zhì)譜儀是測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的一種儀器，它的工作原理是帶電粒子（不計(jì)重力）

經(jīng)同一電場(chǎng)加速后垂直進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場(chǎng)做圓周運(yùn)動(dòng)，然后利用相關(guān)規(guī)律計(jì)算出帶電粒子的質(zhì)量,

其工作原理如圖所示，虛線為某粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡，由圖可知（）

此粒子帶負(fù)電

B.下極板比上極板電勢(shì)高

D.若只增大入射粒子的質(zhì)量，則半徑r變小

2.如圖，一束正離子先后經(jīng)過(guò)速度選擇器和勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，則在速度選擇器中沿直線運(yùn)動(dòng)，且在

勻強(qiáng)磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)半徑又相等的離子具有相同的（）時(shí)

A.電量和質(zhì)量B.質(zhì)量和動(dòng)能?

xvoxxSx

C.速度和比荷D.速度和質(zhì)量

3.圖示裝置叫質(zhì)譜儀，最初是由阿斯頓設(shè)計(jì)的，是一種測(cè)量帶電粒子的質(zhì)廠..

量和分析同位素的重要工具。其工作原理如下：一個(gè)質(zhì)量為小電荷量為4的離子，從容器A下方

的小孔H飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為0,然后經(jīng)過(guò)S3沿著與磁場(chǎng)垂直的方向，

進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打到照相的底片D上。不計(jì)離子重力。則（）

A.離子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率為v=您EJ

離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r=i

離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r=i

D.若a、b是兩種同位素的原子核，從底片上獲知a、b在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑之比是L08：1,

則a、b的質(zhì)量之比為1.08：1

4、勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出了回旋加速器?；匦铀倨饔蓛蓚€(gè)銅質(zhì)D形盒構(gòu)成，盒間留有縫隙，加

高頻電源，中間形成交變的電場(chǎng)，D形盒裝在真空容器里，整個(gè)裝置放在與盒面垂直磁感應(yīng)強(qiáng)度

為2的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中。若用回旋加速器加速質(zhì)子，不考慮相對(duì)論效應(yīng)，下列說(shuō)法正確的是（）

A.質(zhì)子動(dòng)能增大是由于洛倫茲力做功|l

B.質(zhì)子動(dòng)能增大是由于電場(chǎng)力做功Z

C.質(zhì)子速度增大，在D形盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的周期不變

D.質(zhì)子速度增大，在D形盒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的周期變大

5、回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電源相連接的兩個(gè)D形金屬

盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒

處于垂直于盒底面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示，要增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能，重力不計(jì)，下列說(shuō)

法中正確的是（）I-r-

A.增加交流電的電壓何"、

B.減小磁感應(yīng)強(qiáng)度4

C.改變磁場(chǎng)方向

D.增大加速器的半徑

6、如圖為一種改進(jìn)后的回旋加速器示意圖，其中盒縫間的加速電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)大小恒定，且被限制在A、

C板間，虛線中間不需加電場(chǎng).帶電粒子從P。處以速度V。沿電場(chǎng)線方向射入加速電場(chǎng)，經(jīng)加速后

再進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng).關(guān)于這種改進(jìn)后的回旋加速器，下列說(shuō)法正確的是

（）

A.帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周被加速兩次

+PorA、\

A

次）?戶(hù)1尸2尸3戶(hù)4

帶電粒子每運(yùn)動(dòng)一周，P1P2=P3P4C

C.帶電粒子的最大速度與D形盒的尺寸有關(guān)傳

D.加速電場(chǎng)方向需要做周期性的變化

7、（多選）如圖帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁

場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)的強(qiáng)度分別為B和E。平板S上有可讓粒子通過(guò)的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A也，

平板S下方有強(qiáng)度為B。的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。下列表述正確的是（）——I—+

加速電場(chǎng)

A.質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具速度選擇器

B.速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面向外A1A2U卜LIS

C.能通過(guò)狹縫P的帶電粒子的速率等于E/B：1：：：〉：：：

....Do

D.粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P,粒子的荷質(zhì)比越小.................

8、（多選）如圖所示，回旋加速器D形盒的半徑為R,所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,用來(lái)加速質(zhì)量

為m、電荷量為q的質(zhì)子（JH）,質(zhì)子從下盒的質(zhì)子源由靜止出發(fā)，回旋加速后，由A孔射出，則

下列說(shuō)法正確的是（）

A.回旋加速器可以對(duì)質(zhì)子進(jìn)行無(wú)限加速1三"J

回旋加速器所加交變電壓的頻率為黑

C.只增大交變電壓U,則質(zhì)子在加速器中獲得的最大動(dòng)能將變大

D.回旋加速器加速完質(zhì)子在不改變所加交變電壓和磁場(chǎng)情況下，不可以直接對(duì)氫核CHe）進(jìn)行加

速

二、計(jì)算題

9、一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子，從容器下方的小孔Si飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，其初

速度幾乎為零，然后經(jīng)過(guò)S2沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打在

照相底片P上。求：

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(1)求粒子進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速率。。一多

MP小

(2)求P點(diǎn)距S2的距離。....

10.在高能物理研究中，粒子回旋加速器起著重要作用，如圖甲為它的示意圖。它由兩個(gè)鋁制D型

金屬扁盒組成，兩個(gè)D形盒正中間開(kāi)有一條窄縫。兩個(gè)D型盒處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中并接有高頻交變電

壓。圖乙為俯視圖，在D型盒上半面中心S處有一正離子源，它發(fā)出的正離子，經(jīng)狹縫電壓加速

后，進(jìn)入D型盒中。在磁場(chǎng)力的作用下運(yùn)動(dòng)半周，再經(jīng)狹縫電壓加速。如此周而復(fù)始，最后到達(dá)

D型盒的邊緣，獲得最大速度，由導(dǎo)出裝置導(dǎo)出。已知正離子的電荷量為q,質(zhì)量為m,加速時(shí)電

極間電壓大小為U,磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B,D型盒的半徑為R。每次加速的時(shí)間很短，可以忽略

不計(jì)。正離子從離子源出發(fā)時(shí)的初速度為零。求：

(1)為了使正離子每經(jīng)過(guò)窄縫都被加速，求交變電壓的周期，

(2)求離子能獲得的最大速度；

(3)離子被加速的次數(shù)

(4)離子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間

(5)求離子第1次加速后與第n次加速后的軌道半徑之比。

(6)若考慮加速時(shí)間，求離子在電場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間