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4质谱仪与回旋加速器

必备知识基础练

1.如图所示,回旋加速器是加速带电粒子的装置,其主体部分是两个D形金属盒。两金属

盒处在垂直于盒面的匀强磁场中,a、b分别与高频交流电源两极相连接,下列说法正确

的是()

A.粒子从磁场中获得能量

B.带电粒子的运动周期是变化的

C.粒子由加速器的中心附近进入加速器

D.增大金属盒的半径,粒子射出时的最大动能不变

2.如图所示,一个静止的质量为m、电荷量为q的粒子(重力忽略不计),经加速电压U加

速后,由O点垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中,粒子打到P点,若OP=x,则()

A.x与U成正比

B.x与U成反比

C.x与成正比

D.x与成反比

3.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,它的构造原理如图所示,离

子源S产生一个质量为m、电荷量为q的正离子,离子产生出来时的速度很小,可以看作

静止的,离子产生出来后经过电压U加速,进入磁感应强度为B的匀强磁场,沿着半圆运

动而达到照相底片P上,测得它在P上的位置到入口处S1的距离为x,则下列说法正确的

是()

A.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明离子的

质量一定变大

B.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明加速电

压U一定变大

C.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明磁感应

强度B一定变大

D.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明离子所

带电荷量q可能变小

4.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子,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.11B.12C.121D.144

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5.有一回旋加速器,它的高频电源的频率为1.2×10Hz,D形盒的半径为0.532m,求加速

氘核时所需的磁感应强度为多大?氘核所能达到的最大动能为多少?(氘核的质量为

-27-19

3.3×10kg,氘核的电荷量为1.6×10C)

关键能力提升练

6.质谱仪原理如图所示,a为粒子加速器,电压为U;b为速度选择器,磁场与电场正交,磁

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感应强度为B,板间距离为d,c为偏转分离器,磁感应强度为B。今有一质量为m、电荷

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量为e的正粒子(不计重力),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做

匀速圆周运动。求:

(1)粒子的速度大小v;

(2)速度选择器的电压U;

2

(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R。

7.回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它们获得很大动能的仪器,其核心部分是两个

D形金属扁盒,两盒分别和一高频交流电源两极相接,以便在盒内的狭缝中形成匀强电

场,使粒子每次穿过狭缝时都得到加速,两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方

向垂直于盒底面,粒子源置于盒的圆心附近,若粒子源射出的粒子电荷量为q,质量为m,

粒子最大回旋半径为Rmax。求:

(1)所加交变电流频率及粒子角速度。

(2)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能。

8.回旋加速器的工作原理如图所示,置于真空中的D形金属盒半径为R,两盒间的狭缝很

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。A处

粒子源产生的粒子质量为m、电