质谱仪和回旋加速器知识点题库

现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场．若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍．此离子和质子的质量比约为（）

A . 11 B . 12 C . 121 D . 144

一个质量为m、电荷量为q的粒子，从容器下方的小孔S₁飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为零，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（如图）．

（1）求粒子进入磁场时的速率．
（2）求粒子在磁场中运动的轨道半径．

如图所示是回旋加速器的工作原理图，两个半径为R的中空半圆金属盒D₁、D₂间窄缝宽为d，两金属电极间接有高频电压U，中心O处粒子源产生的质量为m、带电荷量为q的粒子在两盒间被电压U加速，匀强磁场垂直两盒面，粒子在磁场中做匀速圆周运动，令粒子在匀强磁场中运行的总时间为t，则下列说法正确的是（）

A . 粒子的比荷 $\text{[math]}$ 越小，时间t越大 B . 加速电压U越大，时间t越大 C . 磁感应强度B越大，时间t越大 D . 窄缝宽度d越大，时间t越大

一台质谱仪的工作原理如图所示．大量的甲、乙两种离子飘入电压力为U₀的加速电场，其初速度几乎为0，经过加速后，通过宽为L的狭缝MN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，最后打到照相底片上．已知甲、乙两种离子的电荷量均为+q，质量分别为2m和m，图中虚线为经过狭缝左、右边界M、N的甲种离子的运动轨迹．不考虑离子间的相互作用．

（1）求甲种离子打在底片上的位置到N点的最小距离x；
（2）在答题卡的图中用斜线标出磁场中甲种离子经过的区域，并求该区域最窄处的宽度d；
（3）若考虑加速电压有波动，在（U₀﹣△U）到（U₀+△U）之间变化，要使甲、乙两种离子在底片上没有重叠，求狭缝宽度L满足的条件．

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）粒子从电场射出时速度v的大小；
（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R．

在回旋加速器中（）

A . D形盒内有匀强磁场，两D形盒之间的窄缝有高频电源产生的电场 B . 两D形盒之间的窄缝处有场强大小、方向不变的匀强电场 C . 高频电源产生的电场用来加速带电粒子 D . 带电粒子在D形盒中运动时，磁场力使带电粒子速度增大

关于回旋加速器，下列说法中正确的（）

A . 电场用来加速带电粒子 B . 磁场也是用来加速带电粒子 C . 加速电场电压越大，同一带电粒子出盒时获得的动能越大 D . 偏转磁场的磁感应强度越大，同一带电粒子出盒时获得的动能越大

图示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．下列表述正确的是（）

A . 质谱仪不能用来分析同位素 B . 速度选择器中的磁场方向垂直纸面向内 C . 能通过狭缝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，粒子的比荷越小

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

如图是回旋加速器示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连．现分别加速氘核（q₁、m₁）和氦核（q₂、m₂）．已知q₂=2q₁ ， m₂=2m₁ ，下列说法中正确的是（）

A . 它们的最大速度相同 B . 它们的最大动能相同 C . 仅增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能 D . 仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能

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ν的大小；
（3）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R。

质谱仪是测带电粒子质量和分析同位素的一种仪器，它的工作原理是带电粒子（不计重力）经同一电场加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，然后利用相关规律计算出带电粒子的质量。其工作原理如图所示，虚线为某粒子的运动轨迹，由图可知( )

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A . 此粒子带负电 B . 下极板 $\text{[math]}$ 比上极板 $\text{[math]}$ 电势高 C . 若只增大加速电压 $\text{[math]}$ ，则半径 $\text{[math]}$ 变大 D . 若只增大入射粒子的质量，则半径 $\text{[math]}$ 变小

关于下列四幅图的说法正确的是（）

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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，可增加电压 $\text{[math]}$ B . 图乙是磁流体发电机的结构示意图，可以判断出B极板是发电机的正极，A极板是发电机的负极 C . 图丙是速度选择器的示意图，带电粒子（不计重力）能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 $\text{[math]}$ ，即 $\text{[math]}$ D . 图丁是质谱仪的结构示意图，粒子打在底片上的位置越靠近狭缝 $\text{[math]}$ 说明粒子的比荷越小

回旋加速器的构造如图所示，D₁、D₂是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源，D形盒处于匀强磁场中。工作时交流电的周期和粒子做圆周运动的周期（选填“相等”或“不相等”），粒子经电场加速，经磁场回旋，获得的最大动能由和D形盒的决定，与加速电压无关。

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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，下列说法中正确的是（　　）

A . 加速电压越大，粒子最终射出时获得的动能就越大 B . 粒子射出时的最大动能与加速电压无关，也与D形金属盒的半径和磁感应强度无关 C . 若增大加速电压，粒子在金属盒间的加速次数将减少，在回旋加速器中运动的时间将减少 D . 粒子第5次被加速前、后的轨道半径之比为 $\text{[math]}$

如图所示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。速度选择器内有相互正交的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B、电场的电场强度为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 $\text{[math]}$ ，其中 $\text{[math]}$ 与速度选择器的极板平行。平板S下方有磁感应强度大小为 $\text{[math]}$ 的匀强磁场，方向垂直于纸面向外。若通过狭缝P的粒子最终打在胶片 $\text{[math]}$ 上的D点，且 $\text{[math]}$ ，不计带电粒子所受的重力及粒子间的相互作用力，下列表述正确的是（　　）

A . 速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向里 B . 能通过狭缝P的带电粒子的速率等于 $\text{[math]}$ C . 该粒子的比荷 $\text{[math]}$ D . 若改变加速电场的电压U，通过狭缝P的粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷就越小

用回旋加速器可获得高能量的粒子，两个 $\text{[math]}$ 形金属盒分别与高频交流电源两极相连接，在两盒间的狭缝中形成周期性变化的电场，两 $\text{[math]}$ 形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示。用此回旋加速器加速质子时，高频交流电的周期为 $\text{[math]}$ ，质子获得的最大动能为 $\text{[math]}$ ，加速 $\text{[math]}$ 粒子时，高频交流电的周期为 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 粒子获得的最大动能为 $\text{[math]}$ ，匀强磁场的磁感应强度不变，则（）