回旋加速器和质谱仪等仪器精讲精练

1、1回旋加速器构造：如图所示，DD2是半圆形金属盒，D形盒的缝隙处接交流电源.D形盒处于匀强磁场中接交甫也照(2)原理：交变电流的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子在圆周运动的过程中一次一次地经过D形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速.由qvB=早,得Ekm=誓2,可见粒子获得的最大动能由磁感应强度B和D形盒半径R决定，与加速电压无关.2质谱仪构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等组成.也一博二I卜4J质潸伙(2)原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理qU=2mvv可知进入磁场的速度v=胃.粒子在磁场中受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动，根m

2、v2据牛顿第二定律，qvB=h.由以上几式可得出需要研究的物理量如粒子轨道半径、粒子质量、比荷等判断正误(1)经回旋加速器加速的带电粒子的最大初动能由D形盒的最大半径决定，与加速电压无关.(J)质谱仪只能区分电荷量不同的粒子.（X）速度选择器平行板间电场强度和磁感应强度互相垂直.这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来，所以叫做速度选择器（2带）电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是E=，即=一4磁流体发电机（磁1）流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能（2根）据左手定则，如图中的一板是发电机正极磁流体发电机两极板间的距离为等离子体速度为，磁场磁感应强度为一则两极板间能达到的最大

3、电势差5电磁流量计其中有可以导电的液如图所示，一圆形导管直径为，用非磁性材料制成，体流过导管其中有可以导电的液原理：导电液体中的自由电荷正、负离子在洛伦兹力XX&XX作用下横向偏转，、间出现电势差，形成电场.当自由TA1At电荷所受电场力和洛伦兹力平衡时，、间的电势差就保J*xX；乂2持稳定.由=-，可得=一,液体流量=nI一=n-J小七.广xx4X6霍尔效应力在匀强磁场中放置一个矩形截面的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、电流方向都垂直的方向上出现了电势差这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔电势差或霍尔电压，其原理如图所示特别提示：分析带电粒子在复合场中的运动时，如

4、果没有明确指出，则对于微观粒子如电子、质子、a粒子、离子等其重力可忽略不计；对于实际物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应考虑重力.例题1.（多选）图为某磁谱仪部分构件的示意图.图中，永磁铁提供匀强醍场，硅微条径迹探测器可以探测粒子在其中运动的轨迹.宇宙射线中有大量的电子、正电子和质子.当这些粒子从上部垂直进入磁场时，下列说法正确的是（）永磁铁族微条径迹探测器永磁铁族微条径迹探测器A.电子与正电子的偏转方向一定不同B.电子与正电子在磁场中运动轨迹的半径一定相同C.仅依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子D.粒子的动能越大，它在磁场中运动轨迹的半径越小解析：选AC.电子、正电子和质子垂直

5、进入磁场时，所受的重力均可忽略，受到的洛伦兹力方向与其电性有关，由左手定则可知A正确；由轨迹半径R=不知，若电子与正电子进入磁场时的速度不同，则其运动的轨迹半径也不相同，故mv2mEB错误；由R=而=qB卜知D错误；因为质子和正电子的速度未知，半径关系不确定，故依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子，C正确.回旋加速器和质谱仪要点讲解1质谱仪的主要特征将质量数不等，电荷数相等的带电粒子经同一电场加速后进入偏转磁场各mv2mmE：2mqU1粒子由于轨道半径不同而分离，其轨道半径r=-1及=-1=粒子由于轨道半径不同而分离，其轨道半径qBqBqBB鬻.在上式中，B、Uq对同一元素均为常量，

6、故r-.m,根据不同的半径，就可计算出粒子的质量或比荷.2回旋加速器的主要特征(1)带电粒子在两D形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，与带电粒子的速度无关(2)将带电粒子在两盒狭缝之间的运动首尾连起来是一个初速度为零的匀加速直线运动(3)带电粒子每加速一次，回旋半径就增大一次，所以各半径之比为1：”：13:(4)粒子的最后速度v=誓,可见带电粒子加速后的能量取决于D形盒的最m对点自测.（多选）如图所示是医用回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连.现分别加速氘核（2H）和氦核（2He）.下列说法中正确的是（）A.氘核qH）的最大

7、速度较大B.它们在D形盒内运动的周期相等C.氦核（4He）的最大动能较大D.仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能选BC.粒子在回旋加速器中能达到的最大速度，取决于在最外圈做圆周运动的速度.根据qvB=m石，得v=q，两粒子的比荷q相等，所以最大速Rmm度相等，A错误.带电粒子在磁场中运动的周期T=mm,两粒子的比荷q相等，qBm两粒子的比荷m相等，但所以周期相等，B正确.最大动能Ek=2mv2=q2两粒子的比荷m相等，但质量不等，所以氦核最大动能大，C正确.回旋加速器加速粒子时，粒子在磁场中运动的周期与交流电的周期相同，否则无法加速，D错误.中运动的周期与交流电的周期相同，否则无法加速，D

8、错误.2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（）B12AB12C121DC121解析：选D.带电粒子在加速电场中运动时，有qU=2mv2,在磁场中偏转时，其半径r=mv，由以上两式整理得：r=11，2mU.由于质子与一价正离子的电荷qBBq量相同，B1：B2=1：12,当半径相等时，解得：*=144,选项D正确.3（多选）如图所示为一种

9、获得高能粒子的装置，环形区域内存在垂直于纸面、磁感应强度大小可调的匀强磁场（环形区域的宽度非常小）.质量为m、电荷量为q的带正电粒子可在环中做半径为R的圆周运动.A、B为两块中心开有小孔的距离很近的平行极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过A板刚进入AB之间时，A板电势升高到+U,B板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场中得到加速.每当粒子离开B板时，A板电势又降为零.粒子在电场中一次次加速使得动能不断增大，而在环形区域内，通过调节磁感应强度大小可使绕行半径R不变.已知极板间距远小于R,则下列说法正确的是（）A.环形区域内匀强磁场的磁场方向垂直于纸面向里B.粒子从A板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行N圈后回到A板时获得的总动能为NqUC.粒子在绕行的整个过程中，A板电势变化周期不变12NNmUD.粒子绕行第N圈时，环形区域内匀强磁场的磁感应强度为区J-NmU解析：选BD.由题意知粒子在轨道内做顺时针圆周运动，根据左手定则可判断匀强磁场的磁场方向垂直于纸面向外，所以A错误；由于粒子在做圆周运动的过程中洛伦兹力不做功，在AB板间电场力做功W=qU,所以粒子绕行N圈后回到A板时获得的总动能为NqU