人教版高中物理选择性必修二 同步精讲精练1.4质谱仪和回旋加速器（解析版）.docx

1.4质谱仪和回旋加速器解析版

目录

TOC\o1-1\h\u一、【质谱仪知识点梳理】 1

二、【回旋加速器知识点梳理】 9

【质谱仪知识点梳理】

1.构造：如图，由粒子源、加速电场、加速电场、偏转磁场和照相底片构成

2.原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理可得关系式qU=12mv2.粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvB=mv2

【质谱仪举一反三练习】

1．质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具。如图所示为质谱仪的原理示意图，现利用质谱仪对氢元素进行测量。让氢的三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S无初速度进入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中，氢的三种同位素分别为氕（即为质子）、氘（质量约为质子的2倍，电荷量与质子相同）、氚（质量约为质子的3倍，电荷量与质子相同），最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”。则下列判断正确的是（????）

??

A．进入磁场时速度从小到大排列的顺序是氕、氘、氚

B．进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚

C．在磁场中运动时间由小到大排列的顺序是氕、氘、氚

D．a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚

【答案】C【详解】A．根据动能定理可得可得值的从大到小排列顺序为氕、氘、氚，故进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚，故A错误；B．由知进入磁场时三种粒子的动能相等，故B错误；C．粒子在磁场中运动时间为值的从小到大排列顺序为氕、氘、氚，故在磁场中运动时间由小到大排列的顺序是氕、氘、氚，故C正确；D．打在照相底片D上位置与磁场入射点的距离为值从大到小排列顺序为氚、氘、氕，所以打在最远处为氚，其次为氘。a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氚、氘、氕。故D错误。故选C。

2．如图所示是质谱仪的工作原理示意图。质量为m带电量为q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。平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。求：

（1）粒子在速度选择器中能沿直线运动的速度大小？

（2）加速电场的电压U0是多少？

（3）粒子在磁场中运动的轨迹半径为？

??

【答案】（1）；（2）；（3）【详解】（1）通过速度选择器时，受到电场力和洛伦兹力，直线通过，有qE=qvB解得（2）根据动能定理，有解得（3）根据洛伦兹力提供向心力联立解得

3．某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，为粒子加速器，加速电压为；为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为，两板间距离为d；为偏转分离器，磁感应强度为。今有一质量为、电荷量为的正粒子（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）粒子的速度为多少？

（2）速度选择器两板间电压为多少？

（3）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为多大？

????

【答案】（1）；（2）；（3）【详解】（1）粒子在A加速器中做加速直线运动，由动能定理得解得，粒子的速度为（2）粒子在B速度选择器中做匀速直线运动，由受力平衡条件得解得，速度选择器两板间电压为（3）粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可得，匀速圆周运动的半径为

4．（多选）如图所示，有a、b、c、d四个离子，它们带等量的同种电荷，质量不等，ma=mbmc＝md，以不等的速度vavb=vcvd进入速度选择器后，有两种离子从速度选择器中射出，进入B2磁场，由此可判定（）

????

A．射到A1的是a离子

B．射到A1的是b离子

C．射到A2的是c离子

D．射到A2的是d离子

【答案】BC【详解】根据可知只有以v＝的速度进入速度选择器的离子才能匀速通过选择器，由此可知只有的粒子能通过速度选择器，故通过速度选择器进入B2磁场的离子是b、c，而由于，由可得r＝可知质量大的离子轨道半径大，故射到A1的是b离子，到A2的是c离子。故选BC。

5．（多选）如图所示，含有、、的带电粒子束从小孔O1处射入速度选择器，沿直线O1O2运动的粒子在小孔O2处射出后垂直进入偏转磁场，最终打在P1、P2两点，则（）

??

A．打在P1点的粒子是

B．打在P2点的粒子是和

C．O2P2的长度是O2P1长度的2倍

D．粒子在偏转磁场中运动的时间都相等

【答案】BC【详解】AB．沿直线O1O2运动的粒子满足即速度为在偏转磁场中洛伦兹力作为向心力，可得联立可得和比荷相等且较小，故半径较大，打在P2点，比荷较大，故半径较小，打在P1点，选项A错误，B正确；C．由AB的解析可知，和的比荷是的比荷的，故半径是其2倍，即O2P2的长度是O2P1长度的2倍，选项C正