1.4质谱仪与回旋加速器——高二物理人教版（2019）选择性必修二课堂速测（含解析）.docx

1.4质谱仪与回旋加速器——高二物理人教版（2019）选择性必修二课堂速测

【基础知识整合】

一、质谱仪

1.定义：质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。

2.构造：①带电粒子发射器；②加速电场(U）；③速度选择器()；④?偏转磁场()；⑤照相底片。

（点拨：进入右侧磁场中的粒子速度相同，电性相同。）

3.工作原理：设加速电压为U，速度选择器内电场强度为E，磁感应强度为，偏转磁场磁感应强度为，有，v不全相同，只有的粒子才被选出进入偏转磁场，根据牛顿第二定律得关系式，由上述式子可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷，。

二、回旋加速器

1.构造：回旋加速器的核心部件是两个D形扁金属盒，整个装置放在真空容器中，如图所示。

（1）两个D形盒之间留有一个窄缝，在A处放有粒子源。

（2）两个D形盒分别接在高频交流电源的两极上，在两盒间的窄缝中形成一个方向周期性变化的交变电场。

2.原理：利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动的带电粒子的偏转作用来获得高能粒子。

（1）磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直于磁场方向进人匀强磁场时，只在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其中周期与速度和半径无关，使带电粒子每次进入D形盒中都能运动相等时间(半个周期)后，平行于电场方向进入电场中加速。

（2）交流电压：为了保证每次带电粒子经过狭缝时均被加速，使其能量不断提高，要在狭缝处加一个周期与相同的交流电压。

【课堂考点速测】

1.如图所示，沿直线通过速度选择器的正离子，从狭缝S射入磁感应强度为、方向垂直于纸面向外的匀强磁场中，偏转后出现的对应轨迹半径之比为，不计离子重力及离子间的相互作用，则下列说法正确的是()

A.离子的速度大小之比为1:3 B.离子的电荷量之比为1:3

C.离子的质量之比为3:1 D.离子的比荷之比为3:1

2.某一含有速度选择器的质谱仪原理如图所示，为粒子加速器，为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B，速度选择器两板间电压为U，板间距为d；为偏转分离器.现有比荷为k的带正电粒子(重力不计)，从O点由静止开始经加速后沿直线通过速度选择器，粒子进入偏转分离器后做圆周运动的半径为R，则下列说法正确的是()

A.粒子加速器加速后的速度为

B.粒子加速器的加速电压为

C.偏转分离器内的磁感应强度大小为

D.此装置可将氘核和氦核组成的粒子束分离开

3.在1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒构成，其间留有空隙，现对氚核加速，所需的高频电源的频率为f，已知元电荷为e，下列说法正确的是()

A.被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随轨迹半径的增大而增大

B.高频电源的电压越大，氚核最终射出回旋加速器的速度越大

C.氚核的质量为

D.该回旋加速器接频率为f的高频电源时，也可以对氦核加速

4.如图甲所示，回旋加速器利用高频交流电源使粒子每隔一定的时间加速一次，经过多次加速粒子可以达到很大的速度。如图乙所示，在D形盒的圆心S处有一正离子源，它发出的正离子经盒缝电压加速后，进入D形盒中，在磁场力的作用下运动半周，再经盒缝电压加速，如此周而复始，最后到达D形盒的边缘，获得最大速度，由导出装置导出。已知正离子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R。每次加速的时间很短，可以忽略不计。若正离子从正离子源出发时的初速度为零，则()

A.正离子在磁场中运动的周期为

B.加速电场的周期在不断改变

C.正离子能够获得的最大动能为

D.整个过程中正离子被加速的次数为

5.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。图中铅盒A中的放射源放出大量的带正电粒子（可认为初速度为零），从狭缝进入电压为U的加速电场区加速后，再通过狭缝从小孔G垂直于MN射入偏转磁场，该偏转磁场是以直线MN为切线、R为半径的圆形匀强磁场，磁感应强度为B，方向垂直于纸面向外。现在MN上的F点（图中未画出）接收到某粒子，且，则该粒子的比荷为（粒子间的作用力、粒子的重力忽略不计）()

A. B. C. D.

6.如图所示，质谱仪的工作原理如下：一个质量为m、电荷量为q的离子，从容器A下方的小孔飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过沿着与磁场垂直的方向，进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，最后打到照相的底片D上。不计离子重力。则()

A.离子进入磁场时的速率为

B.离子在磁场中运动的轨道半径为

C.离子在磁场中运动的轨道半径为

D.若是两种同位素的原子核，从底片上获知在磁场中运动轨迹的直径之比是1.08:1，则的质量之比为1.08:1

7.CT是医院常用的一种仪器，CT的重要部件之一就是粒子回旋加速器，回旋加速器的结构