质谱仪和回旋加速器知识点题库

回旋加速器是获得高能带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电源的两极相连的两个D形盒，两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D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，关于回旋加速器的下列说法正确的是（）

A . 用同一回旋加速器分别加速不同的带电粒子，一般要调节交变电场的频率 B . 磁场对带电粒子的洛仑兹力对粒子不做功，因此带电粒子从D形盒射出时的动能与磁场的强弱无关 C . 带电粒子做一次圆周运动，要被加速两次，因此交变电场的周期应为圆周运动周期的二倍 D . 狭缝间的电场对粒子起加速作用，因此加速电压越大，带电粒子从D形盒射出时的动能越大

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形属盒，两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D形金属盒处于垂直盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的速度，则下列做法中正确的是（）

A . 增大狭缝的距离 B . 增大加速电场的电场强度 C . 增大D形金属盒的半径 D . 增大匀强磁场的磁感应强度

为了进一步提高回旋加速器的能量，科学家建造了“扇形聚焦回旋加速器”．在扇形聚焦过程中，离子能以不变的速率在闭合平衡轨道上周期性旋转．扇形聚焦磁场分布的简化图如图所示，圆心为O的圆形区域等分成六个扇形区域，其中三个为峰区，三个为谷区，峰区和谷区相间分布．峰区内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，谷区内没有磁场．质量为m，电荷量为q的正离子，以不变的速率v旋转，其闭合平衡轨道如图中虚线所示．

（1）求闭合平衡轨道在峰区内圆弧的半径r，并判断离子旋转的方向是顺时针还是逆时针；
（2）求轨道在一个峰区内圆弧的圆心角θ，及离子绕闭合平衡轨道旋转的周期T；
（3）在谷区也施加垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B′，新的闭合平衡轨道在一个峰区内的圆心角θ变为90°，求B′和B的关系．已知：sin（α±β ）=sinαcosβ±cosαsinβ，cosα=1﹣2sin² $\text{[math]}$ ．

某一回旋加速器，两半圆形金属盒的半径为R，它们之间的电压为U，所处的磁场的感应强度为B，带电粒子的质量为m，电荷量为q，则带电粒子所能获得的最大动能为．

如图，用回旋加速器来加速带电粒子，以下说法正确的是（）

A . 从回旋加速器出口射出的粒子带正电 B . D形盒狭缝间所加电压必须是交变电压 C . 磁场对带电粒子做正功，使其动能增大 D . 圆周运动的周期与交流电的周期相等

如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的装置，其核心部分是两个D形金属盒，置于匀强磁场中，两盒分别与高频交流电源相连，则带电粒子获得的最大动能与下列哪些因素有关（）

A . D形盒半径 B . 加速电压的大小 C . 交流电的频率 D . 匀强磁场的磁感应强度

关于回旋加速器中电场和磁场作用的叙述，正确的是（）

A . 电场和磁场都对带电粒子起加速作用 B . 只有电场对带电粒子做功的 C . 磁场只对带电粒子起偏转作用 D . 带电粒子在磁场中的运动周期会随运动半径的增大而增大

关于回旋加速器中，下列说法正确的是（）

A . 电场和磁场同时用来加速带电粒子 B . 电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子旋转 C . 同一带电粒子获得的最大动能只与交流电源的电压有关，而与交流电源的频率无关 D . 回旋加速器的半径越大，同一带电粒子获得的动能越大，与匀强磁场的磁感应强度无关

粒子回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的D型金属盒的半径为R，两金属盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直．加速电压为U，频率为f，A处质子源产生的质子，初速度忽略不计，不考率相对效应，则下列说法正确的是（）

A . 粒子第二次和第一次经过D型盒狭缝后的轨道半径之比为 $\text{[math]}$ ：1 B . 加速的质子获得的最大动能随加速电场U的增大而增大 C . 质子被加速后的最大速度不能超过2πRf D . 通过提高交流电的频率f，即可提高质子被加速后的最大速度

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．设D形盒半径为R．若用回旋加速器加速质子时，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交流电频率为f．则下列说法正确的是（）

A . 质子的回旋周期为 $\text{[math]}$ B . 增大加速电场间的电压可使质子的最大速度超过2πfR C . 增大D形金属盒的半径可提高质子射出金属盒时的速度 D . 不改变B和R，该回旋加速器加速α粒子获得的最大动能是加速质子时的两倍

用同一回旋加速器分别对质子和氘核（氘核的质量是质子质量的2倍，电量与质子的电量相同）加速后（）

A . 质子获得的动能大于氘核获得的动能 B . 质子获得的动能小于氘核获得的动能 C . 质子获得的动能等于氘核获得的动能 D . 条件不足，无法判断

在高能物理研究中，回旋加速器起着重要作用，其工作原理如图所示。D₁和D₂是两个中空的半圆金属盒，它们之间有一定的电势差。两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。中央O处的粒子源产生的α粒子，在两盒之间被电场加速，α粒子进入磁场后做匀速圆周运动。忽略α粒子在电场中的加速时间。下列说法正确的是：( )

A . α粒子运动过程中电场的方向始终不变 B . α粒子在磁场中运动的周期越来越大 C . 磁感应强度越大，α粒子离开加速器时的动能就越大 D . 两盒间电势差越大，α粒子离开加速器时的动能就越大

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形金属盒处于垂直盒面的匀强磁场中，如图所示，已知D形盒半径为R，匀强磁场的磁感应强度为B，高频交变电压的频率为f。当用此加速器加速质子（ $\text{[math]}$ ）时，下列说法正确的是（）

图片_x0020_100009

A . 质子被加速后的最大速度不可能超过2πfR B . 加速电压越大，质子最后获得的速度越大 C . 交变电压的频率与质子做匀速圆周运动的频率相等 D . B和f都不改变，该回旋加速器也可用于加速α粒子（ $\text{[math]}$ ）

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v的大小；
（3）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R．

如图所示为回旋加速器示意图，利用回旋加速器对 $\text{[math]}$ 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，下列说法正确的是 ( )

A . 保持B，U和T不变，该回旋加速器可以加速质子 B . 只增大加速电压U， $\text{[math]}$ 粒子获得的最大动能增大 C . 只增大加速电压U， $\text{[math]}$ 粒子在回旋加速器中运动的时间变短 D . 回旋加速器只能加速带正电的粒子，不能加速带负电的粒子

日本福岛核电站的核泄漏事故，使碘的同位素131被更多的人所了解．利用质谱仪可分析碘的各种同位素．如图所示，电荷量均为＋q的碘131和碘127质量分别为m₁和m₂ ，它们从容器A下方的小孔S₁进入电压为U的加速电场(入场速度忽略不计)．经电场加速后从S₂小孔射出，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片上．下列说法正确的是（）

图片_x0020_617393169

A . 磁场的方向垂直于纸面向里 B . 碘131进入磁场时的速率为 $\text{[math]}$ C . 碘131与碘127在磁场中运动的时间差值为 $\text{[math]}$ D . 打到照相底片上的碘131与碘127之间的距离为 $\text{[math]}$

为了描绘小灯泡的伏安特性曲线，某同学设计了如图所示的实验电路，已知小灯泡的规格为“12V，5W”。

图片_x0020_100006 图片_x0020_100007

（1）闭合开关前，应将电路图中的滑动变阻器的滑片移到(填“a”或“b”)端．根据连接好的实物图，调节滑动变阻器，记录多组电压表和电流表的读数，作出的I－U图线如图甲中实线所示，由图线分析可知，小灯泡的电阻随温度的升高而(填“增大”或“减小”)；
（2）若I－U图象中的虚线Ⅰ或Ⅱ表示小灯泡真实的伏安特性曲线，与实验中得到的实线相比，虚线(填“Ⅰ”或“Ⅱ”)才是其真实的伏安特性曲线。

图为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源N；PQ间电压恒为U的加速电场；静电分析器，即中心线半径为R的四分之一圆形通道，通道内有均匀辐射电场，方向沿径向指向圆心O，且与圆心O等距的各点电场强度大小相等；磁感应强度为B的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外。当有粒子打到胶片M上时，可以通过测量粒子打到M上的位置来推算粒子的比荷，从而分析粒子的种类以及性质。

图片_x0020_100010

由粒子源N发出的不同种类的带电粒子，经加速电场加速后从小孔S₁进入静电分析器，其中粒子a和粒子b恰能沿圆形通道的中心线通过静电分析器，并经小孔S₂垂直磁场边界进入磁场，最终打到胶片上，其轨迹分别如图中的S₁S₂a和S₁S₂b所示。忽略带电粒子离开粒子源N时的初速度，不计粒子所受重力以及粒子间的相互作用。下列说法中正确的是（）

A . 粒子a可能带负电 B . 若只增大加速电场的电压U，粒子a可能沿曲线S₁c运动 C . 粒子a经过小孔S₁时速度大于粒子b经过小孔S₁时速度 D . 粒子a在磁场中运动的时间一定大于粒子b在磁场中运动的时间 E . 从小孔S₂进入磁场的粒子动能一定相等 F . 打到胶片M上的位置距离O点越远的粒子，比荷越小

如图是质谱仪的工作原理示意图。带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。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下方有强度为B₀的匀强磁场。下列表述不正确的是（　　）

图片_x0020_100021

A . 质谱仪是分析同位素的重要工具 B . 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外 C . 能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于 $\text{[math]}$ D . 粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小

利用质谱仪检测电量相等（4价）的气态C14和C12离子的浓度比，结合C14衰变为N14的半衰期，可以判断古代生物的年龄。如图所示，离子从容器A下方的狭缝S₁飘入电场，经电场加速后通过狭缝S₂、S₃垂直于磁场边界MN射入匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里，离子经磁场偏转后发生分离，检测分离后离子的电流强度可得离子的浓度比。测得 $\text{[math]}$ ，则C14和C12的浓度比为（）

A . $\text{[math]}$ B . $\text{[math]}$ C . $\text{[math]}$ D . $\text{[math]}$

质谱仪和回旋加速器 知识点题库

质谱仪和回旋加速器知识点题库