1、课时作业(五)质谱仪与回旋加速器一、单项选择题1.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()A此粒子带负电B下极板S2比上极板S1电势高C若只增大加速电压U，则半径r变大D若只增大入射粒子的质量，则半径r变小2.如图所示，a、b是一对水平放置的平行金属板，板间存在着竖直向下的匀强电场一个不计重力的带电粒子从两板左侧中间位置以初速度v0沿平行于金属板的方向进入场区，带电粒子进入场区后将向上偏转，并恰好从a板的右边缘处飞出
2、；若撤去电场，在两金属板间加垂直于纸面向里的匀强磁场，则相同的带电粒子从同一位置以相同的速度进入场区后将向下偏转，并恰好从b板的右边缘处飞出现上述的电场和磁场同时存在于两金属板之间，仍让相同的带电粒子从同一位置以相同的速度进入场区，则下列判断中正确的是()A带电粒子将做匀速直线运动B带电粒子将偏向a板一方做曲线运动C带电粒子将偏向b板一方做曲线运动D无法确定带电粒子做哪种运动二、多项选择题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，离子源S产生的各种不同正离子束(初速度可看作零)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到
3、进入磁场处的距离为x，可以判断()A若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大B若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小C只要x相同，则离子的比荷一定相同D只要x相同，则离子质量一定相同4如图所示，回旋加速器D形盒的半径为R，所加磁场的磁感应强度为B，用来加速质量为m、电荷量为q的质子(H)，质子从下盒的质子源由静止出发，回旋加速后，由A孔射出，则下列说法正确的是()A回旋加速器加速完质子在不改变所加交变电压和磁场情况下，不可以直接对氦核(He)进行加速B只增大交变电压U，则质子在加速器中获得的最大能量将变大C回旋加速器所加交变电压的频率为D加速器可以对质子进行无限加速三、非选择题5如图所示，在
4、平面直角坐标系xOy内，第、象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，第、象限内存在半径为L的圆形匀强磁场，磁场圆心在M(L,0)点，磁场方向垂直于坐标平面向外一带正电粒子从第象限中的Q(2L，L)点以速度v0沿x轴正方向射入电场，恰好从坐标原点O进入磁场，从P(2L,0)点射出磁场，不计粒子重力，求：(1)电场强度与磁感应强度大小的比值；(2)粒子在磁场与电场中运动时间的比值课时作业(五)质谱仪与回旋加速器1解析：根据动能定理得，qUmv2，由qvBm得，r.由题图结合左手定则可知，该粒子带正电，故A错误；粒子经过电场要加速，因粒子带正电，所以下极板S2比上极板S1电势低，故B错误；若只增大加速电压
5、U，由上式可知，则半径r变大，故C正确；若只增大入射粒子的质量，由上式可知，则半径也变大，故D错误答案：C2解析：只有电场时，粒子做类平抛运动，设板间的距离为d，板长为L，有qEma，at2，Lv0t，由联立解得qE，只有磁场时，粒子做匀速圆周运动，设运动半径为R，有Bqv0，由几何关系知R2L22，由联立解得Bqv0，对比知qEBqv0，电场力大于洛伦兹力，故带电粒子将偏向a板一方做曲线运动，故选B.答案：B3解析：根据动能定理得，qUmv2得：v由qvBmv2/r得：r 得：x2r 若离子束是同位素，q相同，x越大对应的离子质量越大，故A正确、B错误由x2r 知，只要x相同，对应的离子的比
6、荷一定相等，但质量不一定相同，故C正确、D错误答案：AC4解析：回旋加速器运用电场加速、磁场偏转来加速粒子，根据洛伦兹力提供向心力可以求出粒子的最大速度，从而求出最大动能在加速粒子的过程中，电场的变化周期与粒子在磁场中运动的周期相等由T知，氦核He在回旋加速器中运动的频率是质子的，不改变B和f，该回旋加速器不能用于加速粒子，A正确；根据qvBm得，粒子的最大速度v，即质子有最大速度，不能被无限加速，质子获得的最大动能Ekmmv2，最大能量与加速电压的大小无关，B、D错误；粒子在回旋加速器磁场中运动的频率和高频交流电的频率相等，由T知f，C正确答案：AC5解析：(1)画出带电粒子在电场和磁场中运动的轨迹示意图，如答图所示设粒子的质量和所带电荷量分别为m和q，粒子在电场中做类平抛运动，则有2Lv0t1，Lat根据牛顿第二定律有qEma粒子到达O点时沿y轴正方向的分速度为vyat1，联立解得vyv0，tan 1，故粒子进入磁场时速度方向与x轴的正方向的夹角45粒子在磁场中的速度为vv0，根据洛伦兹力提供向心力Bqv由几何关系得rL联立解得.(2)带电粒子在电场中运动的时间t1带电粒子在磁场中运动的周期为T，带电粒子在磁场中运动周期，则在磁场中运动的时间为t2T解得.答案：(1)(2)
