1.4质谱仪与回旋加速器 高中物理人教版（2019）选择性必修第二册（含答案）

1.4质谱仪与回旋加速器一、单项选择题1．如图所示是显像管原理俯视图，接通电源后，电子从电子枪射出，没有磁场时打在O，为使电子偏转，在管颈安装了偏转线圈产生偏转磁场，如果要使电子束在水平方向偏离中心，打在荧光屏的A点，偏转磁场应该（）A．竖直向下 B．竖直向上C．水平向左 D．水平向右2．为了利用海洋资源，海洋工作者有时根据水流切割地磁场所产生的感应电动势来测量海水的流速，假设海洋某处的地磁场竖直分量B=0.5×10﹣4T，水流是南北流向，如图所示，将两个电极竖直插入此处海水中，且保持两电极的连线垂直水流方向，若两电极相距L=10m，与两电极相连的灵敏电压读数U=0.2mV，则海水的流速大小为（）A．4m/s B．40cm/sC．4cm/s D．4mm/s3．利用质谱仪测量氢元素的同位素，如图所示，让氢元素的三种同位素氕、氘、氚（11H、12H、13H）的离子流从容器A下方的小孔无初速度飘入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场，最后打在照相底片D上，形成aA．a质谱线对应的是氚离子B．进入磁场时，氕、氘、氚速率相等C．进入磁场时，氕离子的动量最大D．氕、氘、氚在磁场中运动的时间相等4．如图是磁流体发电机的原理示意图，金属板M、N正对着平行放置，且板面垂直于纸面，在两板之间接有电阻R。在极板间有垂直于纸面向里的匀强磁场。当等离子束（分别带有等量正、负电荷的离子束）从左向右进入极板时，下列说法中正确的是（）A．N板的电势高于M板的电势B．M板的电势高于N板的电势C．R中有由b向a方向的电流D．R中无电流通过5．如图所示，匀强磁场方向垂直纸面向里，匀强电场方向竖直向下，有一正离子恰能沿直线从左向右水平飞越此区域。不计重力，则（）A．若电子以相同的速率从右向左飞入，电子也沿直线运动B．若电子以相同的速率从右向左飞入，电子将向下偏转C．若电子以相同的速率从左向右飞入，电子将向下偏转D．若电子以相同的速率从左向右飞入，电子也沿直线运动6．如图所示是质谱仪的工作原理示意图。带电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A1A2平板S下方有强度为A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里B．质谱仪是分析同位素的重要工具C．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于BD．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小7．一种用磁流体发电的装置如图所示。平行金属板P、Q之间有很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，P、Q两板间便产生电压。如果将P、Q和电阻为R的用电器连接，P、Q就是一个直流电源的两个电极。若P、Q两板相距为d，不计P、Q板间电阻，板间的磁场按匀强磁场处理，磁感应强度为B，等离子体以速度v沿垂直于B的方向射入磁场。下列说法正确的是（）A．Q板电势高于P板电势 B．发电机的电动势为2BdvC．通过用电器的电流方向从下到上 D．用电器两端电压大小为Bdv8．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，凭借此项成果，他于1939年获得诺贝尔物理学奖，其原理如图所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略；磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U。若A处粒子源产生质子的质量为m、电荷量为+q，在加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。则下列说法正确的是（）A．带电粒子由加速器的边缘进入加速器B．被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大C．质子离开回旋加速器时的最大动能与D形盒半径成正比D．该加速器加速质量为4m、电荷量为2q的α粒子时，交流电频率应变为9．如图所示是电磁流量计的示意图。圆管由非磁性材料制成，空间有匀强磁场。当管中的导电液体流过磁场区域时，测出管壁上MN两点的电动势E，就可以知道管中液体的流量q——单位时间内流过管道横截面的液体的体积。已知管的直径为d，磁感应强度为B，则关于q的表达式正确的是（）A．q=πdEB C．q=πd210．如图所示，一段长方体形导电材料，已知该导电材料单位体积内自由运动电荷数为n，左右两端面的边长都为a和b，内有带电量为-q(q>0)的自由运动电荷．导电材料置于方向垂直于其前表面向里的匀强磁场中，磁感应强度大小为B。当通以从左到右的稳恒电流I时，则导电材料上、下表面之间的电压U及上、下表面的电势高低的表述正确的是．()A．IBnqa，φ上<φC．nqBIa，φ上>φ11．如图所示回旋加速器是由两个D形金属盒组成，中间网状狭缝之间加电压（电场）。两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，两个半径为R的半圆型金属盒，接在电压为U、周期为T的交流电源上，位于圆心处的质子源能不断产生质子（初速度可以忽略），质子在两盒之间被电场加速，已知质子的电荷量为q、质量为m，忽略质子在电场中运动的时间，不考虑加速过程中的相对论效应，不计质子重力，下列说法合理的是（）A．若只增大交流电源的电压U，则质子的最大动能将增大B．交流电源的周期等于2πmqBC．质子获得最大速度为D．质子获得最大速度为2Uq12．图甲为磁流体发电机的原理图，将一束等离子体连续以速度v垂直于磁场方向喷入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，可在相距为d、正对面积为S的两平行金属板间产生电压。图乙为速度选择器的原理图，电场强度E和磁感应强度B相互垂直。一带电粒子（重力不计）从左端以速度v沿虚线射入后做直线运动。下列说法正确的是（）A．磁流体发电机上板A为正极，下板B为负极B．稳定时，磁流体发电机的A、B两板间电压U=BSvC．速度选择器中沿虚线射入后做直线运动的一定带正电D．速度选择器中沿虚线射入后做直线运动的粒子速度为v=13．回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图所示。D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上。位于D1的圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略），它们在两盒之间被电场加速。当质子被加速到最大动能EkA．若只增大交变电压U，则质子的最大动能EkB．若只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子C．质子第n次被加速前、后的动能之比为n−1D．质子第n次被加速前、后圆周运动向心加速度之比为n−114．回旋加速器的工作原理示意图如图所示，正中间有狭缝（宽度为d）的两个D形盒（半径均为R）接上高频交流电（在狭缝之间对应的电场强度为E），并处在匀强磁场中，在D1的中心O处有一个粒子源，它产生并发出比荷为k的带正电粒子（不计重力，初速度为0），经狭缝间的电场加速后进入D2中，在洛伦兹力的作用下运动半个圆周后，再次经过狭缝通过电场加速后进入D1中，如此周而复始最后从D形盒的边缘以速度A．粒子在狭缝之间的加速次数为vB．粒子在狭缝之间运动的总时间为vEkC．匀强磁场的磁感应强度为D．粒子第二次被加速结束时的位置与O的距离为2R15．核废水中包含了具有放射性的碘的同位素131I利用质谱仪可分析碘的各种同位素。如图所示，电荷量相同的131I和127I以相同的速度从O点进入速度选择器（速度选择器中的电场方向水平向右、磁场的磁感应强度为B1）后，再进入偏转磁场（磁感应强度为B2），最后打在照相底片的A．B1垂直纸面向里，131I和127IB．B1垂直纸面向里，131I和127C．B1垂直纸面向外，131I和127ID．B1垂直纸面向外，131I和12716．如图所示为一种质谱仪的示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内有均匀辐向电场，在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器内有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点。不计粒子重力，