2025新課改-高中物理-選修第2冊(cè)（16講）04 B質(zhì)譜儀與回旋加速器 中檔版

2025新課改-高中物理-選修第2冊(cè)（16講）04B質(zhì)譜儀與回旋加速器中檔版知識(shí)點(diǎn)：質(zhì)譜儀與回旋加速器一、質(zhì)譜儀1．質(zhì)譜儀構(gòu)造：主要構(gòu)件有加速電場、偏轉(zhuǎn)磁場和照相底片．2．運(yùn)動(dòng)過程(如圖)(1)帶電粒子經(jīng)過電壓為U的加速電場加速，qU＝eq\f(1,2)mv2.(2)垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，r＝eq\f(mv,qB)，可得r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q)).3．分析：從粒子打在底片D上的位置可以測(cè)出圓周的半徑r，進(jìn)而可以算出粒子的比荷．二、回旋加速器1．回旋加速器的構(gòu)造：兩個(gè)D形盒，兩D形盒接交流電源，D形盒處于垂直于D形盒的勻強(qiáng)磁場中，如圖.2．工作原理(1)電場的特點(diǎn)及作用特點(diǎn)：兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的電場．作用：帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時(shí)被加速．(2)磁場的特點(diǎn)及作用特點(diǎn)：D形盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場中．作用：帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從而改變運(yùn)動(dòng)方向，半個(gè)圓周后再次進(jìn)入電場．技巧點(diǎn)撥一、質(zhì)譜儀1．加速：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的加速電場，由動(dòng)能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2①2．偏轉(zhuǎn)：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力得qvB＝meq\f(v2,r)②3．由①②兩式可以求出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑r、質(zhì)量m、比荷eq\f(q,m)等．由r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))可知，電荷量相同時(shí)，半徑將隨質(zhì)量的變化而變化．二、回旋加速器回旋加速器兩D形盒之間有窄縫，中心附近放置粒子源(如質(zhì)子、氘核或α粒子源)，D形盒間接上交流電源，在狹縫中形成一個(gè)交變電場．D形盒上有垂直盒面的勻強(qiáng)磁場(如圖所示)．(1)電場的特點(diǎn)及作用特點(diǎn)：周期性變化，其周期等于粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期．作用：對(duì)帶電粒子加速，粒子的動(dòng)能增大，qU＝ΔEk.(2)磁場的作用改變粒子的運(yùn)動(dòng)方向．粒子在一個(gè)D形盒中運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期，運(yùn)動(dòng)至狹縫進(jìn)入電場被加速．磁場中qvB＝meq\f(v2,r)，r＝eq\f(mv,qB)∝v，因此加速后的軌跡半徑要大于加速前的軌跡半徑．(3)粒子獲得的最大動(dòng)能若D形盒的最大半徑為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，由r＝eq\f(mv,qB)得粒子獲得的最大速度vm＝eq\f(qBR,m)，最大動(dòng)能Ekm＝eq\f(1,2)mvm2＝eq\f(q2B2R2,2m).(4)兩D形盒窄縫所加的交流電源的周期與粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同，粒子經(jīng)過窄縫處均被加速，一個(gè)周期內(nèi)加速兩次．例題精練1．（2021?武平縣校級(jí)模擬）如圖是質(zhì)譜儀工作原理的示意圖。帶電粒子a、b經(jīng)電壓U加速（在A點(diǎn)初速度為零）后，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最后分別打在感光板S上的x1、x2處。圖中半圓形的虛線分別表示帶電粒子a、b所通過的徑跡，則（）A．在磁場中a運(yùn)動(dòng)的時(shí)間大于b運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 B．a(chǎn)的比荷大于b的比荷 C．增大加速電壓U，粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間變長 D．若同時(shí)增大加速電壓U和磁感應(yīng)強(qiáng)度B，粒子打在感光片上的位置將向右移動(dòng)2．（2020秋?倉山區(qū)校級(jí)期末）1922年英國物理學(xué)家阿斯頓因質(zhì)譜儀的發(fā)明、同位素和質(zhì)譜的研究榮獲了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。若速度相同的同一束粒子由左端射入質(zhì)譜儀后，沿直線運(yùn)動(dòng)至S0，運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則下列相關(guān)說法中正確的是（）A．該束帶電粒子電性不能確定 B．速度選擇器的P1極板帶負(fù)電 C．在B2磁場中運(yùn)動(dòng)半徑越大的粒子，比荷越小 D．在B2磁場中運(yùn)動(dòng)半徑越大的粒子，速度越大隨堂練習(xí)1．（2021春?淇濱區(qū)校級(jí)月考）如圖所示，關(guān)于磁場中的四種儀器的說法中錯(cuò)誤的是（）A．圖甲中，回旋加速器加速帶電粒子的最大動(dòng)能與回旋加速器的半徑有關(guān) B．圖乙中，不改變質(zhì)譜儀各區(qū)域的電場磁場時(shí)，擊中光屏同一位置的粒子比荷相同 C．圖丙中，自由電荷為負(fù)電荷的霍爾元件通上如圖所示電流和加上如圖磁場時(shí)M側(cè)帶負(fù)電荷 D．圖丁中，長寬高分別為為a、b、c的電磁流量計(jì)加上如圖所示磁場，前后兩個(gè)金屬側(cè)面的電壓與a、b無關(guān)2．（2021春?山東月考）粒子加速器是利用電場來推動(dòng)帶電粒子使其獲得能量的裝置，是高能物理中重要的角色。1931年美國物理學(xué)家恩奈斯特?勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，被加速的粒子在一圓形結(jié)構(gòu)里運(yùn)動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)軌跡由磁場控制，通過交變電場給帶電粒子加速。圖甲是回旋加速器的示意圖，粒子出口處如圖所示；圖乙是回旋加速器所用的交變電壓隨時(shí)間的變化規(guī)律。某物理學(xué)習(xí)小組在學(xué)習(xí)了回旋加速器原理之后，想利用同一回旋加速器分別加速兩種帶正電的粒子，所帶電荷量分別為q1、q2，質(zhì)量分別為m1、m2。保持交變電壓隨時(shí)間變化的規(guī)律不變，需要調(diào)整所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小，則（）A．所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小之比為 B．粒子獲得的最大動(dòng)能之比為 C．粒子的加速次數(shù)之比為 D．粒子在回旋加速器中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間之比為3．（2021春?安徽月考）質(zhì)譜儀是分離和檢測(cè)同位素的儀器，其示意圖如圖所示。從粒子源S出來時(shí)的粒子速度很小，可以看作初速度為零。粒子經(jīng)過電場加速后從入口進(jìn)入有界的垂直紙面向外的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，并沿著半圓周運(yùn)動(dòng)而到達(dá)出口P。現(xiàn)使磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B加倍，要使粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡不發(fā)生變化，仍沿著半圓周運(yùn)動(dòng)而到達(dá)出口P，應(yīng)該使加速電場的電壓U變?yōu)樵瓉淼模ǎ〢．12倍 B．10倍 C．8倍 D．4倍綜合練習(xí)一．選擇題（共20小題）1．（2021?福建模擬）下列四幅圖依次涉及到不同的物理知識(shí)，其中說法正確的是（）A．用回旋加速器加速粒子的過程中，粒子獲得的最大動(dòng)能與電壓U的大小有關(guān) B．重核裂變產(chǎn)生中子使裂變反應(yīng)一代接一代繼續(xù)下去的過程，叫核裂變的鏈?zhǔn)椒磻?yīng) C．湯姆孫通過研究陰極射線精確測(cè)定出電子所帶的電荷量 D．泊松亮斑說明光具有粒子性2．（2021春?香坊區(qū)校級(jí)月考）回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻交流電極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直盒底的勻強(qiáng)磁場中，則下列說法正確的是（）A．增大電場的電壓，可以增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能 B．增大D形盒的半徑，可以增大帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能 C．回旋加速器對(duì)不同帶電粒子加速時(shí)必須改變電場的頻率 D．電場變化的周期是任意的3．（2021?江蘇模擬）1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖所示，這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙。現(xiàn)對(duì)氚核（H）加速，所需的高頻電源的頻率為f，已知元電荷為e，下列說法正確的是（）A．被加速的帶電粒子在回旋加速器中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期隨半徑的增大而增大 B．高頻電源的電壓越大，氚核最終射出回旋加速器的速度越大 C．氚核的質(zhì)量為 D．該回旋加速器接頻率為f的高頻電源時(shí)，也可以對(duì)氦核（He）加速4．（2021春?湖北月考）下列關(guān)于教材中四幅插圖的說法正確的是（）A．圖甲中，當(dāng)手搖動(dòng)柄使得蹄形磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，則鋁框會(huì)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，且跟磁體轉(zhuǎn)動(dòng)的一樣快 B．圖乙是真空冶煉爐，當(dāng)爐外線圈通入高頻交流電時(shí)，線圈中產(chǎn)生大量熱量，從而冶煉金屬 C．圖丙是回旋加速器的示意圖，當(dāng)增大交流電壓時(shí)，粒子獲得的最大動(dòng)能不變，所需時(shí)間變短 D．圖丁是微安表的表頭，在運(yùn)輸時(shí)要把兩個(gè)正、負(fù)接線柱用導(dǎo)線連在一起，這是為了保護(hù)電表指針，利用了電磁驅(qū)動(dòng)原理5．（2021春?薛城區(qū)校級(jí)月考）如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為B和E。平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2。下列表述正確的是（）A．只有帶正電的粒子能通過速度選擇器沿直線進(jìn)入狹縫P B．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越大 C．速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向里 D．能通過的狹縫P的帶電粒子的速率等于6．（2021?射洪市校級(jí)模擬）如圖所示為一種質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，此質(zhì)譜儀由以下幾部分構(gòu)成：離子源、加速電場、靜電分析器、磁分析器、收集器。靜電分析器通道中心線半徑為R，通道內(nèi)有均勻輻射電場，在中心線處的電場強(qiáng)度大小為E；磁分析器中分布著方向垂直于紙面、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場，其左邊界與靜電分析器的右邊界平行，由離子源發(fā)出一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子（初速度為零，重力不計(jì)），經(jīng)加速電場加速后進(jìn)入靜電分析器，沿中心線MN做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，而后由P點(diǎn)進(jìn)入磁分析器中，最終經(jīng)過Q點(diǎn)進(jìn)入收集器。下列說法中正確的是（）A．磁分析器中勻強(qiáng)磁場方向垂直于紙面向內(nèi) B．加速電場中的加速電壓U＝ER C．磁分析器中圓心Q2到Q點(diǎn)的距離d＝ D．任何離子若能到達(dá)P點(diǎn)，則一定能進(jìn)入收集器7．（2021?鄭州一模）圖示裝置叫質(zhì)譜儀，最初是由阿斯頓設(shè)計(jì)的，是一種測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量和分析同位素的重要工具。其工作原理如下：一個(gè)質(zhì)量為m、電荷量為q的離子，從容器A下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場，其初速度幾乎為0，然后經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向，進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，最后打到照相的底片D上。不計(jì)離子重力。則（）A．離子進(jìn)入磁場時(shí)的速率為v＝ B．離子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r＝ C．離子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為r＝ D．若a、b是兩種同位素的原子核，從底片上獲知a、b在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑之比是1.08：1，則a、b的質(zhì)量之比為1.08：18．（2021春?濱海新區(qū)期末）如圖所示為質(zhì)譜儀的原理示意圖，現(xiàn)讓某束離子（可能含有多種離子）從容器A下方的小孔無初速度飄入電勢(shì)差為U的加速電場，經(jīng)電場加速后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的勻強(qiáng)磁場中，在核乳膠片上形成a、b兩條“質(zhì)譜線”，則下列判斷正確的是（）A．a(chǎn)、b譜線的對(duì)應(yīng)離子均帶負(fù)電 B．a(chǎn)譜線的對(duì)應(yīng)離子的質(zhì)量較大 C．b譜線的對(duì)應(yīng)離子的質(zhì)量較大 D．a(chǎn)譜線的對(duì)應(yīng)離子的比荷較大9．（2020秋?內(nèi)江期末）下列說法正確的是（）A．如圖是速度選擇器，帶電粒子（不計(jì)重力）能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是v＝ B．如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫S3，粒子的比荷越小 C．如圖是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，要粒子獲得的動(dòng)能增大，不可能減小加速電壓U D．如圖是磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，可以判斷出A極板是發(fā)電機(jī)的正極，B極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極10．（2020秋?眉山期末）如圖所示，為質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為B和E。平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2，平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場。下列說法正確的是（）A．速度選擇器中的磁場方向垂直紙面向里 B．能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于 C．圖中打在膠片A1A2上的粒子帶負(fù)電 D．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小11．（2020秋?嘉興期末）對(duì)于教材中的四幅插圖，下列說法正確的是（）A．圖甲中，由電子偏轉(zhuǎn)軌跡可判斷a端應(yīng)為磁鐵的N極 B．圖乙中，回旋加速器所接電壓U應(yīng)為直流電 C．圖丙中，線圈中插入鐵芯，自感系數(shù)L將變小 D．圖丁中，水波波長遠(yuǎn)小于狹縫的寬度12．（2020秋?淮南期末）下列說法正確的是（）A．圖是用來加速不同帶電粒子的回旋加速器的示意圖，加速電壓U越大，粒子最終射出D形盒時(shí)的動(dòng)能就越大 B．圖磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，等離子體沿圖示方向射入磁場，可以判斷出A極板是發(fā)電機(jī)的正極，B極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極 C．圖是速度選擇器，帶電粒子（不計(jì)重力）能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是v＝ D．圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫S3粒子的比荷越大13．（2020秋?株洲期末）A、B是兩種同位素的原子核，它們具有相同的電荷、不同的質(zhì)量。為測(cè)定它們的質(zhì)量比，使它們從質(zhì)譜儀的同一加速電場由靜止開始加速，然后沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入同一勻強(qiáng)磁場，打到照相底片上。如果從底片上獲知A、B在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑之比是3：2，則A、B的質(zhì)量之比（）A．9：8 B．8：9 C．3：2 D．2：314．（2020秋?郴州期末）如圖所示，甲是回旋加速器，乙是磁流體發(fā)電機(jī)，丙是速度選擇器，丁是霍爾元件，下列說法正確的是（）A．甲圖要增大粒子的最大動(dòng)能，可增加電壓U B．乙圖可判斷出A極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極 C．丙圖可以判斷帶電粒子的電性，粒子能沿直線勻速通過速度選擇器的條件是v＝ D．丁圖中若載流子帶負(fù)電，穩(wěn)定時(shí)C板電勢(shì)高15．（2020秋?貴陽期末）關(guān)于下列四幅課本上的插圖的說法正確的是（）A．圖甲是速度選擇器示意圖，由圖可以判斷出帶電粒子的電性，不計(jì)重力的粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是v＝ B．圖乙是磁流體發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖，由圖可以判斷出A極板是發(fā)電機(jī)的正極 C．圖丙是質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)示意圖，打在底片上的位置越靠近狹縫S3說明粒子的比荷越大 D．圖丁是回旋加速器示意圖，要使粒子飛出加速器時(shí)的動(dòng)能增大，可僅增加電壓U16．（2020秋?房山區(qū)期末）1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其原理如圖所示，這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是（）A．回旋加速器是利用電場來加速帶電粒子，利用磁場使帶電粒子旋轉(zhuǎn)的 B．帶電粒子在回旋加速器中不斷被加速，因而它做勻速圓周運(yùn)動(dòng)一周的時(shí)間越來越短 C．兩D形盒間所加交變電壓越大，同一帶電粒子離開加速器時(shí)的動(dòng)能就越大 D．交變電流的周期是帶電粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)周期的一半17．（2020秋?宿州期末）如圖所示，一回旋加速器D型盒的半徑為R，兩盒間的距離為d，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，高頻電場的電壓為U。若被加速的粒子質(zhì)量為m，電量為q，不考慮粒子從粒子源射出時(shí)能量，則下列說法正確的是（）A．高頻電壓的頻率跟粒子運(yùn)動(dòng)的速度有關(guān) B．粒子的最大速度跟電壓U成正比 C．粒子的最大動(dòng)能跟回旋加速次數(shù)有關(guān) D．粒子的最大動(dòng)能跟D型盒半徑R有關(guān)18．（2020秋?鼓樓區(qū)校級(jí)期末）如圖所示，回旋加速器是用來加速帶電粒子使它獲得很大動(dòng)能的裝置，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，置于勻強(qiáng)磁場中，兩盒分別與高頻電源相連。如果D形金屬盒的半徑為R，垂直D形金屬底面的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，用該加速器加速質(zhì)子時(shí)，高頻電源頻率為f，則下列說法中不正確的是（）A．質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2πfR B．質(zhì)子被加速后的最大速度與加速電場的電壓大小無關(guān) C．質(zhì)子在回旋加速器中的運(yùn)動(dòng)總時(shí)間（不計(jì)在電場中的加速時(shí)間）與加速電壓無關(guān) D．要想用這個(gè)裝置加速α粒子（電荷量為質(zhì)子的2倍，質(zhì)量為質(zhì)子的4倍），必須改變交變電流的頻率19．（2021?十四模擬）如圖所示為回旋加速器示意圖，利用同一臺(tái)回旋加速器分別加速He和H兩種粒子，不計(jì)粒子在兩盒間縫隙的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，則下列說法正確的是（）A．兩種粒子被加速的最大動(dòng)能相等 B．兩種粒子被加速次數(shù)不同 C．兩種粒子在加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同 D．兩種粒子所用交變電流的頻率不同20．（2020秋?潞州區(qū)校級(jí)期末）回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，如圖所示．它的核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，兩盒間的窄縫中形成勻強(qiáng)電場，使帶電粒子每次通過窄縫都得到加速．兩盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面，帶電粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)，通過兩盒間的窄縫時(shí)反復(fù)被加速，直到達(dá)到最大圓周半徑時(shí)通過特殊裝置被引出．如果用同一回旋加速器分別加速氚核（H）和α粒子（He）比較它們所加的高頻交流電源的周期和獲得的最大動(dòng)能的大小，有（）A．加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大動(dòng)能也較大 B．加速氚核的交流電源的周期較大，氚核獲得的最大動(dòng)能較小 C．加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大動(dòng)能也較小 D．加速氚核的交流電源的周期較小，氚核獲得的最大動(dòng)能較大二．多選題（共10小題）21．（2021春?臨沂期中）如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，帶電粒子以不同初速度（不計(jì)重力）被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器。速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場和勻強(qiáng)電場的強(qiáng)度分別為B和E，平板S上有可讓粒子通過的狹縫P和記錄粒子位置的膠片A1A2，平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0的勻強(qiáng)磁場。下列表述正確的是（）A．速度選擇器中的磁場方向垂直于紙面向外 B．進(jìn)入B0磁場的粒子，在該磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間均相等 C．能通過狹縫P的帶電粒子的速率等于 D．粒子打在膠片上的位置越遠(yuǎn)離狹縫P，粒子的比荷越小22．（2021?清城區(qū)校級(jí)模擬）圖甲是回旋加速器的示意圖，其核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，在加速帶電粒子時(shí)，兩金屬盒置于勻強(qiáng)磁場中，并分別與高頻電源相連。帶電粒子從靜止開始運(yùn)動(dòng)的速率v隨時(shí)間t變化如圖乙，已知tn時(shí)刻粒子恰射出回旋加速器，不考慮相對(duì)論效應(yīng)、粒子所受的重力和穿過狹縫的時(shí)間，下列判斷正確的是（）A．t3﹣t2＝t2﹣t1＝t1 B．v1：v2：v3＝1：2：3 C．粒子在電場中的加速次數(shù)為 D．同一D形盒中粒子的相鄰軌跡半徑之差保持不變23．（2021春?奉新縣校級(jí)月考）圖中關(guān)于磁場中的四種儀器的說法中正確的是（）A．圖中回旋加速器加速帶電粒子的最大動(dòng)能與回旋加速器的半徑無關(guān) B．圖中不改變質(zhì)譜儀各區(qū)域的電場磁場時(shí)擊中光屏同一位置的粒子比荷相同 C．圖中自由電荷為負(fù)電荷的霍爾元件通上如圖所示電流和加上如圖磁場時(shí)N側(cè)帶負(fù)電荷 D．長、寬、高分別為為a、b、c的電磁流量計(jì)加上如圖所示磁場，若流量Q恒定，則前后兩個(gè)金屬側(cè)面的電壓與a、b無關(guān)24．（2021春?安徽月考）如圖是重離子回旋加速器示意圖，所謂重離子，是指重于2號(hào)元素氦（He）并被電離的粒子。重離子回旋加速器的核心部分是兩個(gè)相距很近的金屬D形盒，分別和高頻交流電源相連接，在兩個(gè)D形盒的窄縫中產(chǎn)生勻強(qiáng)電場使重離子加速，則下列說法正確的是（）A．電場變化周期與粒子圓周運(yùn)動(dòng)周期相同 B．呈電中性的粒子也能使用回旋加速器加速 C．不改變其它條件，只減小電場電壓，則重離子在D形盒中運(yùn)動(dòng)時(shí)間變長 D．保持D形盒中磁場不變，要加速比荷較大的重離子所需的交流電源的周期一定較大25．（2021春?桃江縣校級(jí)月考）關(guān)于如圖所示四個(gè)示意圖的說法，正確的是（）A．甲是磁流體發(fā)電機(jī)的示意圖，可以判斷A極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極 B．乙是速度選擇器的示意圖，帶電粒子（不計(jì)重力）能沿直線通過的條件是v＝ C．丙是回旋加速器的示意圖，增加加速電壓U可使粒子獲得的最大動(dòng)能增大 D．丁是質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖，粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小26．（2021春?浙江月考）如圖所示，四幅圖中有關(guān)裝置的原理和現(xiàn)象的分析正確的是（）A．如圖所示，帶電粒子打在底片上的位置越遠(yuǎn)，則該粒子的比荷越大 B．如圖所示，銅片進(jìn)入磁場的過程中受到強(qiáng)力磁鐵的安培力作用而迅速停下來 C．如圖所示，系統(tǒng)的固有頻率較低，能對(duì)來自地面的高頻振動(dòng)起到很好的減振作用 D．如圖所示是雙縫干涉圖樣，是兩列光在空間互相疊加，形成明暗相間的條紋27．（2021?大連一模）勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)的回旋加速器如圖所示，高真空中的兩個(gè)D形金屬盒間留有平行的狹縫，粒子通過狹縫的時(shí)間可忽略。勻強(qiáng)磁場與盒面垂直，加速器接在交流電源上，若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子可在盒間被正常加速。下列說法正確的是（）A．雖然逐漸被加速，質(zhì)子每運(yùn)動(dòng)半周的時(shí)間不變 B．只增大交流電壓，質(zhì)子在盒中運(yùn)行總時(shí)間變短 C．只增大磁感應(yīng)強(qiáng)度，仍可能使質(zhì)子被正常加速 D．只增大交流電壓，質(zhì)子可獲得更大的出口速度28．（2021春?成都月考）如圖所示，速度選擇器中勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為E，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B1，擋板右側(cè)質(zhì)譜儀中勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2。速度相同的一束粒子（不計(jì)重力），由左側(cè)沿垂直于E和B1的方向射入速度選擇器后，又進(jìn)入質(zhì)譜儀，其運(yùn)動(dòng)軌跡如圖所示，則下列說法正確的是（）A．速度選擇器P1板帶正電 B．粒子打在膠片上的位置離狹縫S0越近，粒子的比荷越大 C．能通過狹縫S0的帶電粒子的速率等于 D．粒子從進(jìn)入質(zhì)譜儀到打到膠片上運(yùn)動(dòng)的時(shí)間相同29．（2020秋?湖南月考）如圖所示為回旋加速器的示意圖，用回旋加速器加速某帶電粒子時(shí)，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，高頻交流電頻率為f。設(shè)D形盒半徑為R，不計(jì)粒子在兩極板間運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，則下列說法正確的是（）A．帶電粒子被加速后的最大速度不可能超過2πRf B．增大加速電場的電壓，其余條件不變，帶電粒子在D形盒中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變短 C．只要R足夠大，帶電粒子的速度就可以被加速到足夠大 D．不同的帶電粒子在同一回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間可能不同30．（2021?豐臺(tái)區(qū)校級(jí)三模）圖為某種質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。此質(zhì)譜儀由以下幾部分構(gòu)成：粒子源N；PQ間電壓恒為U的加速電場；靜電分析器，即中心線半徑為R的四分之一圓形通道，通道內(nèi)有均勻輻射電場，方向沿徑向指向圓心O，且與圓心O等距的各點(diǎn)電場強(qiáng)度大小相等；磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場，方向垂直紙面向外。當(dāng)有粒子打到膠片M上時(shí)，可以通過測(cè)量粒子打到M上的位置來推算粒子的比荷，從而分析粒子的種類以及性質(zhì)。由粒子源N發(fā)出的不同種類的帶電粒子，經(jīng)加速電場加速后從小孔S1進(jìn)入靜電分析器，其中粒子a和粒子b恰能沿圓形通道的中心線通過靜電分析器，并經(jīng)小孔S2垂直磁場邊界進(jìn)入磁場，最終打到膠片上，其軌跡分別如圖中的S1S2a和S1S2b所示。忽略帶電粒子離開粒子源N時(shí)的初速度，不計(jì)粒子所受重力以及粒子間的相互作用。下列說法中正確的是（）A．粒子a可能帶負(fù)電 B．若只增大加速電場的電壓U，粒子a可能沿曲線S1c運(yùn)動(dòng) C．粒子a經(jīng)過小孔S1時(shí)速度大于粒子b經(jīng)過小孔S1時(shí)速度 D．粒子a在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間一定大于粒子b在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 E．從小孔S2進(jìn)入磁場的粒子動(dòng)能一定相等 F．打到膠片M上的位置距離O點(diǎn)越遠(yuǎn)的粒子，比荷越小質(zhì)譜儀與回旋加速器知識(shí)點(diǎn)：質(zhì)譜儀與回旋加速器一、質(zhì)譜儀1．質(zhì)譜儀構(gòu)造：主要構(gòu)件有加速電場、偏轉(zhuǎn)磁場和照相底片．2．運(yùn)動(dòng)過程(如圖)(1)帶電粒子經(jīng)過電壓為U的加速電場加速，qU＝eq\f(1,2)mv2.(2)垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，r＝eq\f(mv,qB)，可得r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q)).3．分析：從粒子打在底片D上的位置可以測(cè)出圓周的半徑r，進(jìn)而可以算出粒子的比荷．二、回旋加速器1．回旋加速器的構(gòu)造：兩個(gè)D形盒，兩D形盒接交流電源，D形盒處于垂直于D形盒的勻強(qiáng)磁場中，如圖.2．工作原理(1)電場的特點(diǎn)及作用特點(diǎn)：兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的電場．作用：帶電粒子經(jīng)過該區(qū)域時(shí)被加速．(2)磁場的特點(diǎn)及作用特點(diǎn)：D形盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場中．作用：帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從而改變運(yùn)動(dòng)方向，半個(gè)圓周后再次進(jìn)入電場．技巧點(diǎn)撥一、質(zhì)譜儀1．加速：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的加速電場，由動(dòng)能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2①2．偏轉(zhuǎn)：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)磁場做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力得qvB＝meq\f(v2,r)②3．由①②兩式可以求出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑r、質(zhì)量m、比荷eq\f(q,m)等．由r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))可知，電荷量相同時(shí)，半徑將隨質(zhì)量的變化而變化．二、回旋加速器回旋加速器兩D形盒之間有窄縫，中心附近放置粒子源(如質(zhì)子、氘核或α粒子源)，D形盒間接上交流電源，在狹縫中形成一個(gè)交變電場．D形盒上有垂直盒面的勻強(qiáng)磁場(如圖所示)．(1)電場的特點(diǎn)及作用特點(diǎn)：周期性變化，其周期等于粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期．作用：對(duì)帶電粒子加速，粒子的動(dòng)能增大，qU＝ΔEk.(2)磁場的作用改變粒子的運(yùn)動(dòng)方向．粒子在一個(gè)D形盒中運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期，運(yùn)動(dòng)至狹縫進(jìn)入電場被加速．磁場中qvB＝meq\f(v2,r)，r＝eq\f(mv,qB)∝v，因此加速后的軌跡半徑要大于加速前的軌跡半徑．(3)粒子獲得的最大動(dòng)能若D形盒的最大半徑為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，由r＝eq\f(mv,qB)得粒子獲得的最大速度vm＝eq\f(qBR,m)，最大動(dòng)能Ekm＝eq\f(1,2)mvm2＝eq\f(q2B2R2,2m).(4)兩D形盒窄縫所加的交流電源的周期與粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同，粒子經(jīng)過窄縫處均被加速，一個(gè)周期內(nèi)加速兩次．例題精練1．（2021?浙江模擬）如圖所示為質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)圖，該質(zhì)譜儀由速度選擇器與偏轉(zhuǎn)磁場兩部分組成，已知速度選擇器中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0、電場強(qiáng)度大小為E，熒光屏PQ下方勻強(qiáng)磁場的方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B0。三個(gè)帶電荷量均為q、質(zhì)量不同的粒子沿豎直方向經(jīng)速度選擇器由熒光屏上的狹縫O進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場，最終打在熒光屏上的S1、S2、S3處，相對(duì)應(yīng)的三個(gè)粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，忽略粒子的重力以及粒子間的相互作用。則下列說法不正確的是（）A．打在S3發(fā)位置的粒子質(zhì)量最大 B．質(zhì)量為m1的粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短 C．如果S1S3＝Δx，則 D．如m1、m2在偏轉(zhuǎn)磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)間差為Δt，則2．（2021?海淀區(qū)校級(jí)模擬）勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出回旋加速器，工作原理示意圖如圖所示。置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時(shí)間可忽略。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U.若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為+q，在加速器中被加速，且加速過程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響。則下列說法正確的是（）A．質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過2πRf B．質(zhì)子離開回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比 C．質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1： D．不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，該回旋加速器也能加速α粒子隨堂練習(xí)1．（2021?寶雞模擬）回旋加速器的核心部分是兩個(gè)相距很近的D形盒，分別和頻率固定的高頻交流電源相連接，在兩個(gè)D形盒的窄縫中產(chǎn)生方向周期性變化的勻強(qiáng)電場使帶電粒子加速，窄縫中心處粒子源可以產(chǎn)生初速度為零的帶電粒子，D形盒區(qū)域有垂直D形盒方向的勻強(qiáng)磁場。則下列說法正確的是（）A．所加磁場的方向也應(yīng)周期性變化，且變化周期與電場變化周期相同 B．對(duì)于題中給定的回旋加速器可以對(duì)放入其中的任何帶電粒子進(jìn)行加速 C．粒子第n次加速后的速度大小與第（n+1）次加速后的速度大小的比值為 D．若僅將D形盒中磁場加倍，交流電周期減半，則粒子經(jīng)加速器獲得的最大速度也將加倍2．（2020秋?鼓樓區(qū)校級(jí)期中）如圖所示，水平平行金屬板P1P2之間有水平向里勻強(qiáng)磁場B1和豎直方向的勻強(qiáng)電場（未畫出），豎直擋板MN右側(cè)有水平向外的勻強(qiáng)磁場B2，O為擋板上的一個(gè)小孔。一些離子正對(duì)著O孔水平射入金屬板P1P2之間，其中有兩個(gè)離子沿虛線軌跡運(yùn)動(dòng)，最終分別打在擋板上的A1和A2處，OA1：OA2＝2：3，由此可判定（）A．金屬板P1P2間的勻強(qiáng)電場方向豎直向上 B．打在A1和A2處的兩個(gè)離子都帶正電荷 C．打在A1和A2處的兩個(gè)離子速率之比為v1：v2＝2：3 D．打在A1和A2處的兩個(gè)離子比荷之比為：＝3：23．（2021?宜城市模擬）如圖所示為某回旋加速器示意圖，利用回旋加速器對(duì)粒子進(jìn)行加速，D形盒中的磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，加速電壓為U。忽略相對(duì)論效應(yīng)和粒子在D形盒縫隙間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，下列說法中正確的是（）A．粒子從磁場中獲得能量 B．減小D形盒半徑、增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，粒子獲得的最大動(dòng)能一定增大 C．只增大加速電壓U，粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變短 D．只增大加速電壓U，粒子獲得的最大動(dòng)能增大綜合練習(xí)一．選擇題（共20小題）1．（2021?株洲模擬）質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要設(shè)備，構(gòu)造原理如圖所示。離子源S能產(chǎn)生各種不同的離子束，飄入（初速度可視為零）MN間的加速電場后從小孔O垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，運(yùn)轉(zhuǎn)半周后到達(dá)照相底片上的P點(diǎn)，P點(diǎn)到小孔O的距離為x。對(duì)于一質(zhì)量m和電荷量q各不相同的離子，它們的x2﹣圖像應(yīng)是（）A． B． C． D．2．（2021?清城區(qū)校級(jí)模擬）如圖所示為質(zhì)譜儀的工作原理圖，在容器A中存在若干種電荷量q相同而質(zhì)量m不同的帶電粒子，它們可從容器A下方經(jīng)過窄縫S1和S2之間的電場加速后射入速度選擇器，速度選擇器中的電場E和磁場B都垂直于離子速度v，且E也垂直于B。通過速度選擇器的粒子接著進(jìn)入均勻磁場B0中，沿著半圓周運(yùn)動(dòng)后到達(dá)照相底片上形成譜線。若測(cè)出譜線A到入口S0的距離為x，則下列能正確反映x與m之間函數(shù)關(guān)系的是（）A． B． C． D．3．（2021春?鄒城市期中）用質(zhì)譜儀研究兩種同位素氧16和氧18。如圖所示，讓氧16和氧18原子核從質(zhì)譜儀小孔S1飄入電壓為U的加速電場（初速度可看作零），然后從S3垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在底片上的不同地方。已知氧16和氧18原子核帶電量相同，質(zhì)量之比約為16：18，從底片上獲得在磁場中運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑分別為D1、D2，則D1：D2應(yīng)為（）A．8：9 B．9：8 C．2：3 D．64：814．（2021?房山區(qū)二模）回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻電源兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中有周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，如圖所示。下述說法中正確的是（）A．粒子只在電場中加速，因此電壓越大，粒子的最大動(dòng)能越大 B．可以采用減小高頻電源的頻率，增大電場中加速時(shí)間來增大粒子的最大動(dòng)能 C．粒子在磁場中只是改變方向，因此粒子的最大動(dòng)能與磁感應(yīng)強(qiáng)度無關(guān) D．粒子的最大動(dòng)能與D形盒的半徑有關(guān)5．（2021春?順慶區(qū)校級(jí)月考）下列說法正確的是（）A．圖甲是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加電壓U B．圖乙是磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，可以判斷出B極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極，A極板是發(fā)電機(jī)的正極 C．圖丙是速度選擇器，帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是v＝ D．圖丁是霍爾效應(yīng)示意圖，導(dǎo)體上表面的電勢(shì)比下表面的高6．（2021春?三元區(qū)校級(jí)月考）如圖所示，回旋加速器D形盒的半徑為R，所加磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，用來加速質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)子，質(zhì)子從下半盒的質(zhì)子源由靜止出發(fā)，加速到最大能量E后由A孔射出，下列說法正確的是（）A．若增大交變電壓U，則質(zhì)子在射出回旋加速器時(shí)的動(dòng)能變大 B．若增大交變電壓U，則質(zhì)子在加速器中運(yùn)行時(shí)間將不變 C．回旋加速器所加交變電壓的周期為T＝ D．下半盒內(nèi)部質(zhì)子的軌道半徑之比（由內(nèi)到外）為1：：：…7．（2020秋?南通期末）1932年物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地解決了粒子的加速問題。加速器的核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，兩盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于盒底面?，F(xiàn)使氦核由加速器的中心附近進(jìn)入加速器，加速后通過特殊裝置被引出。下列說法正確的是（）A．粒子運(yùn)動(dòng)軌道的間距由里向外逐漸均勻減小 B．若僅增大加速電壓，粒子在加速器中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間將減小 C．粒子能夠獲得的最大動(dòng)能隨加速電壓大小的變化而變化 D．若增大磁感應(yīng)強(qiáng)度且同時(shí)減小交流電的頻率，粒子也能被加速8．（2021?遼寧模擬）2020年11月10日消息，我國回旋加速器領(lǐng)域首批國家標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布實(shí)施．如圖所示是回旋加速器裝置，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒的半徑為R，磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．D形盒的縫隙處接交流電源，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中．現(xiàn)要增大帶電粒子從回旋加速器射出時(shí)的動(dòng)能，下列方法可行的是（）A．增大交流電源電壓 B．增大D形盒的半徑 C．增大交流電源電壓和減小狹縫間的距離 D．增大磁場磁感應(yīng)強(qiáng)度和減小狹縫間的距離9．（2020秋?濱州期末）如圖所示，回旋加速器兩個(gè)D形金屬盒分別和一高頻交流電源兩極相接，兩D形金屬盒放在勻強(qiáng)磁場中，磁場方向垂直于兩D形金屬盒底面，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，粒子源置于兩D形金屬盒的圓心附近。下列說法正確的是（）A．高頻交流電源的電壓越大，粒子打出回旋加速器的速度越大 B．D形金屬盒半徑越大，粒子打出回旋加速器的速度越大 C．粒子在磁場中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期可以是高頻交流電周期的2倍 D．粒子在回旋加速器中加速次數(shù)越多，粒子打出時(shí)的動(dòng)能越大10．（2020秋?威海期末）某種質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示，氖的同位素Ne和Ne粒子，以幾乎為0的初速度從容器A下方的小孔S1飄入加速電場，經(jīng)過小孔S2、S3之間的真空區(qū)域后，以不同的速率經(jīng)過S3沿著與磁場垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，最后分別打在照相底片D的x1、x2處。下列說法正確的是（）A．Ne粒子離開加速電場的速度比Ne粒子小 B．Ne粒子打在x1處 C．Ne粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間比Ne粒子長 D．兩種粒子在磁場中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同11．（2020秋?古縣校級(jí)期末）下列說法正確的是（）A．如圖是回旋加速器的示意圖，要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加電壓U B．如圖是磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，可以判斷出A極板是發(fā)電機(jī)的正極，B極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極 C．如圖是速度選擇器，帶電粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是Eq＝qvB，即v＝ D．如圖所示是磁電式電流表內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，線圈在極靴產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)12．（2020秋?沈河區(qū)校級(jí)期末）速度選擇器是質(zhì)譜儀的重要組成部分，它可以將具有某一速度的粒子挑選出來。圖中左右兩個(gè)豎直的金屬板分別與電源的負(fù)極和正極相連，金屬板內(nèi)部的勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度為E，勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過速度選擇器，然后通過平板S上的狹縫P進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′的勻強(qiáng)磁場，最終打在A點(diǎn)上。不計(jì)粒子的重力。下列表述正確的是（）A．粒子帶負(fù)電 B．速度選擇器中的磁場方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蛲?C．能沿直線通過狹縫P的帶電粒子的速率等于 D．所有打在A點(diǎn)的粒子的質(zhì)量都相同13．（2020秋?運(yùn)城期末）回旋加速器是加速帶電粒子的裝置。如圖所示，其核心部件是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒（D1、D2），兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場，使粒子在通過狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，D形盒的半徑為R。質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)子從D1盒的質(zhì)子源（A點(diǎn)）由靜止釋放，加速到最大動(dòng)能后經(jīng)粒子出口處射出。若忽略質(zhì)子在電場中的加速時(shí)間，且不考慮相對(duì)論效應(yīng)，則下列說法正確的是（）A．交變電壓U越大，質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能越大 B．質(zhì)子在加速器中的加速次數(shù)越多，質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能越大 C．增大D型盒的半徑，質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能增大 D．質(zhì)子不斷加速，它做圓周運(yùn)動(dòng)的周期越來越小14．（2020秋?南京期末）1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其工作原理如圖所示。這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說法正確的是（）A．離子在回旋加速器中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期隨半徑的增大而增大 B．離子從磁場中獲得能量 C．增大加速電場的電壓，其余條件不變，離子在D型盒中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變短 D．增大加速電場的電壓，其余條件不變，離子離開磁場的動(dòng)能將增大15．（2020秋?洛陽期末）如圖是電子感應(yīng)加速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理簡圖：電子感應(yīng)加速器主要由上、下電磁鐵磁極和環(huán)形真空室組成。當(dāng)電磁鐵繞組通以變化的電流時(shí)，產(chǎn)生變化的磁場，穿過真空盒所包圍的區(qū)域內(nèi)的磁通量也隨時(shí)間變化，這時(shí)真空盒空間內(nèi)就感應(yīng)出渦旋電場，電子將在渦旋電場作用下得到加速。（圖中：上圖為側(cè)視圖、下圖為真空室的俯視圖）。電子被約束在半徑為R的圓周上運(yùn)動(dòng)。若電磁鐵繞組通有正弦式交變電流i，下列說法中正確的是（）A．電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期與交變電流的變化周期相同 B．渦旋電場的方向保持逆時(shí)針方向不變 C．在交變電流變化的任何時(shí)段，電子都將被加速 D．在交變電流按圖示方向增大的過程中，電子做逆時(shí)針方向的加速運(yùn)動(dòng)16．（2020秋?呂梁期末）回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其主體部分是兩個(gè)D形金屬盒。兩金屬盒處在垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場中，a、b分別與高頻交流電源兩極相連接，下列說法正確的是（）A．帶電粒子從磁場中獲得能量 B．帶電粒子的運(yùn)動(dòng)周期是變化的 C．帶電粒子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器 D．增大金屬盒的半徑，帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能不變17．（2020秋?江蘇月考）帶電量相同、質(zhì)量不同的粒子從容器A下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場，其初速度幾乎為零。加速后的粒子經(jīng)過S3沿著磁場垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場中，最后打在照相底片D上，如圖所示。運(yùn)動(dòng)過程中粒子之間的相互作用忽略不計(jì)，下列說法正確的是（）A．這些粒子經(jīng)過S3時(shí)的動(dòng)能相同 B．這些粒子經(jīng)過S3時(shí)的速率相同 C．這些粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的軌跡圓半徑與質(zhì)量成正比 D．這些粒子在磁場中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與質(zhì)量成反比18．（2020秋?皇姑區(qū)校級(jí)月考）下列說法正確的是（）A．圖是用來加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增大電壓U B．圖是磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖．可以判斷出A極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極，B極板是發(fā)電機(jī)的正極 C．速度選擇器可以判斷出帶電粒子的電性，粒子能夠沿直線勻速通過速度選擇器的條件是Eq＝qvB，即v＝ D．圖是磁電式電流表內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，線圈在極靴產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場中轉(zhuǎn)動(dòng)19．（2020秋?岳麓區(qū)校級(jí)月考）質(zhì)譜儀是一種利用質(zhì)譜分析測(cè)量離子比荷的分析儀器，如圖是一種質(zhì)譜儀的示意圖，它是由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成。已知靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場在中心線處的電場強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外。現(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子由靜止開始經(jīng)加速電場加速后，沿中心線通過靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn)，不計(jì)粒子重力，下列說法中正確的是（）A．經(jīng)分析，粒子帶正電，且極板M低于極板N電勢(shì) B．不同種類的帶電粒子通過靜電分析器的時(shí)間都相同 C．加速電場的電壓U＝ER D．帶電粒子在磁分析器中運(yùn)動(dòng)的直徑PQ＝20．（2020秋?和平區(qū)校級(jí)月考）如圖所示為幾種儀器的原理示意圖，圖甲為磁流體發(fā)電機(jī)，圖乙為質(zhì)譜儀，圖丙為多級(jí)直線加速器，圖丁是霍爾元件。下列說法正確的是（）A．圖甲中，將一束等離子體噴入磁場，A、B板間產(chǎn)生電勢(shì)差，A板電勢(shì)高 B．圖乙中，H、H、H三種粒子經(jīng)加速電場射入磁場，H在磁場中的偏轉(zhuǎn)半徑最大 C．圖丙中，加速電壓越大，粒子獲得的能量越高，比回旋加速器更有優(yōu)勢(shì) D．圖丁中，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí)，a、b兩表面間的電壓U增大二．多選題（共10小題）21．（2020秋?倉山區(qū)校級(jí)期末）用如圖所示的回旋加速器來加速質(zhì)子，為了使質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能增加為原來的4倍，可采用下列哪種方法（）A．將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，變?yōu)樵瓉淼?倍 B．將兩D形金屬盒間的加速電壓增大為原來的4倍 C．將D形金屬盒的半徑增大為原來的2倍 D．將兩D形金屬盒間加速電壓的頻率增大為原來的2倍22．（2021?岱山縣校級(jí)模擬）如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖。由加速電場.靜電分析器和磁分析器組成。若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場在中心線處的電場強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向外。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn)。不計(jì)粒子重力。下列說法正確的是（）A．粒子一定帶正電 B．加速電場的電壓U＝ER C．直徑PQ＝ D．若一群粒子從靜止開始經(jīng)過上述過程都落在膠片上同一點(diǎn)，則該群粒子具有相同的比荷23．（2021春?薛城區(qū)期中）如圖為某種質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。此質(zhì)譜儀由以下幾部分構(gòu)成：粒子源N；P、Q間電壓恒為U的加速電場；靜電分析器，即中心線半徑為R的四分之一圓形通道，通道內(nèi)有均勻輻射電場，方向沿徑向指向圓心O，且與圓心O等距的各點(diǎn)電場強(qiáng)度大小相等；磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場，方向垂直紙面向外。當(dāng)有粒子打到膠片M上時(shí)，可以通過測(cè)量粒子打到M上的位置來推算粒子的比荷，從而分析粒子的種類以及性質(zhì)。由粒子源N發(fā)出的不同種類的帶電粒子，經(jīng)加速電場加速后從小孔S1進(jìn)入靜電分析器，其中粒子a和粒子b恰能沿圓形通道的中心線通過靜電分析器，并經(jīng)小孔S2垂直磁場邊界進(jìn)入磁場，最終打到膠片上，其軌跡分別如圖中的S1S2a和S1S2b所示。忽略帶電粒子離開粒子源N時(shí)的初速度，不計(jì)粒子所受重力以及粒子間的相互作用。下列說法中正確的是（）A．粒子a和粒子b經(jīng)過小孔S1時(shí)速度大小一定不相等 B．若只減小加速電場的電壓U，粒子a可能沿曲線S1c運(yùn)動(dòng) C．靜電分析器中距離圓心O為R處的電場強(qiáng)度大小為 D．粒子a的比荷一定大于粒子b的比荷24．（2021?馬鞍山模擬）回旋加速器的工作原理如圖所示。D1和D2是兩個(gè)中空的半圓金屬盒，它們之間接電壓為U的交流電源。中心