§1.４　质谱仪与回旋加速器 （备作业）-【上好课】2021-2022学年高二物理同步备课系列（人教版选择性必修第二册）-(解析版)

3.0 envi 2025-03-17 4 4 785.31KB 13 页 3知币
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　　一、单选题：
１.如图所示，下列说法正确的是(　　)
A.图甲是用来加速带电粒子的回旋加速器的示意图，要想粒子获得的最大动能增大，增加电压 U 即可
B．图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出 A 极板是发电机的负极，B 极板是发电机的正极
C．图丙是速度选择器，带电粒子(不计重力且只受电场和磁场的作用)能够从右向左沿直线匀速通过速度
选择器
D．图丁是质谱仪的工作原理示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝 S3，粒子的比荷越小
【答案】B
【解析】根据带电粒子在磁场中做圆周运动的半径公式：r＝，则有：v＝，故最大动能为：Ekm＝mv2＝，与
加速电压无关，故 A 错误；由左手定则知正离子向下偏转，所以下极板带正电，A 板是发电机的负极，B 板
是发电机的正极，故 B 正确；若带电粒子从右侧射入，若是正电荷，所受的电场力和洛伦兹力均向下，向
下偏转；若是负电荷，所受的电场力和洛伦兹力均向上，向上偏转，知粒子不可能沿直线穿过场区，故 C
错误；根据洛伦兹力提供向心力有 qvB＝m，则＝，知粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝 S3，粒子的半径 R
越小，比荷越大，故 D 错误。
故选 B。
２.质谱仪测定带电粒子质量的装置示意图如图所示。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的方向垂直于纸面向里，分离器中磁感应强度
B
2的方向垂直于纸面向外。在
S
处有甲、乙、
丙、丁四个一价正离子垂直于
E
和
B
1射入速度选择器中，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，打在
P
1、
P
2、
P
3、
P
4四点的离子分别是(　　)
第４课时 质谱仪与回旋加速器
第一章 安培力与洛伦兹力
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】对打在
P
1点的离子，有
qvB
1<
qE
，
v
最小，故为甲离子；对打在
P
2点的离子，有
qvB
1>
qE
，
v
最大，
故为丁离子；打在
P
3点的离子与打在
P
4点的离子相比，
r
3<
r
4，由
r
＝，又
v
乙＝
v
丙，可知打在
P
3点的离子
的小，即为乙离子，故选项 B 正确。
故选 B。
３．根据电、磁场对运动电荷的作用规律我们知道，电场可以使带电粒子加(或减)速，磁场可以控制带电
粒子的运动方向。回旋加速器，图示的质谱仪都是利用以上原理制造出来的高科技设备，如图中的质谱仪
是把从 S1出来的带电量相同的粒子先经过电压 U 使之加速，然后再让它们进入偏转磁场 B，这样质量不同
的粒子就会在磁场中分离。下述关于回旋加速器，质谱仪的说法中错误的是(　　)
A.经过回旋加速器加速的同种带电粒子，其最终速度大小与高频交流电的电压无关
B．经过回旋加速器加速的同种带电粒子，其最终速度大小与 D 形盒上所加磁场强弱有关
C．图示质谱仪中，在磁场中运动半径大的粒子，其质量也大
D．图示质谱仪中，在磁场中运动半径大的粒子，其电荷量也大
【答案】D
【解析】根据 qvB＝，解得 v＝，则粒子的最终速度与交流电压无关，与 D 形盒上所加的磁场强弱有关。故
A、B 正确。根据 qvB＝得 r＝ ，根据 qU＝mv2得，v＝，则 r＝，则在磁场中运动半径大的粒子，其电荷量
小，其质量大，故 C 正确，D 错误。
故选 D。
４．如图所示的平行板器件中。电场强度 E 和磁感应强度 B 相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子从 P
孔射入后发生偏转的情况不同。利用这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，所以叫作速度选择
器。若正离子(不计重力)以水平速度 v＝射入速度选择器，则(　　)
A．正离子从 P 孔射入后，能沿着图示虚线路径通过速度选择器
B．正离子从 Q 孔射入后，能沿着图示虚线路径通过速度选择器
C．仅改变离子的电性，负离子从 P 孔射入后，不能沿图示虚线路径通过速度选择器
D．仅改变离子的电量，正离子从 P 孔射入后，不能沿图示虚线路径通过速度选择器
【答案】A
【解析】正离子从 P 孔射入，电场力方向竖直向下，大小为 qE，洛伦兹力方向竖直向上，大小 F＝qvB＝
qE，两个力平衡，粒子做匀速直线运动，故 A 正确；正离子从 Q 孔射入，电场力方向竖直向下，洛伦兹力
方向竖直向下，两个力不能平衡，将向下偏转，故 B 错误；改变离子的电性，从 P 孔射入，电场力和洛伦
兹力都反向，仍然平衡，做匀速直线运动，故 C 错误；电场力与洛伦兹力平衡时，与电量无关，从 P 孔射
入，只要速度满足条件，都能保持平衡，故 D 错误。所以 A 正确，B、C、D 错误。
故选 A。
５．2019 年我国研制出了世界上最大的紧凑型强流质子回旋加速器，该回旋加速器是我国目前自主研制的
能量最高的质子回旋加速器。如图所示为回旋加速器原理示意图，现将两个相同的回旋加速器置于相同的
匀强磁场中，接入高频电源。分别加速氘核和氦核，下列说法正确的是(　　)
A.它们在磁场中运动的周期相同
B．它们的最大速度不相等
C．两次所接高频电源的频率不相同
D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能
【答案】A
【解析】粒子在磁场中，洛伦兹力提供向心力，周期 T＝，氘核和氦核的比荷相等，则两粒子在磁场中运
动的周期相同，故 A 正确；根据回旋加速器的工作原理可知，粒子在磁场中运动的频率等于高频电源的频
率，故两次频率相同，故 C 错误；根据 qvB＝m，可得最大速度 v＝，由于氘核和氦核比荷相同，因此它们
的最大速度也相同，故 B 错误；最大动能 Ek＝mv2＝，高频电源的频率与粒子最大动能无关，故 D 错误。
故选 A。
６.如图所示为一种质谱仪的示意图，该质谱仪由速度选择器、静电分析器和磁分析器组成。若速度选择
器中电场强度大小为 E1，磁感应强度大小为 B1、方向垂直纸面向里，静电分析器通道中心线为圆弧，圆弧
的半径(OP)为 R，通道内有均匀辐射的电场，在中心线处的电场强度大小为 E，磁分析器中有范围足够大的
有界匀强磁场，磁感应强度大小为 B、方向垂直于纸面向外。一带电粒子以速度 v 沿直线经过速度选择器
后沿中心线通过静电分析器，由 P 点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的 Q点，不计粒子重力。下
列说法正确的是(　　)
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