质谱仪与回旋加速器（练习）原卷版

人教版断性必修二第一章第4节

质谱仪与回旋加速器

【同步练习】

一、单选题

1.质谱仪是分析同位素的重要的仪器，在物理研究中起非常重要的作用。如图是质谱仪的

工作原理示意图。粒子源（在加速电场上方，未画出）产生的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8和

平板S上有可让粒子通过的狭缝。和记录粒子位置的胶片Am2。平板S下方有强度为

为的匀强磁场。（不计带电粒子的重力）下列表述正确的是（）

A.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里

E

B.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于丁

C.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷（里）越小

m

D.粒子所带电荷量相同时，打在胶片上的位置越远离狭缝P,表明其质量越大

2.利用质谱仪可以分析同位素，如图所示，电荷量均为，/的同位素碘131和碘127质量分

别为皿和〃72,从容器A下方的小孔S/进入电势差为U的电场，初速度忽略不计，经电场

加速后从S2射出，垂直进入磁感应强度为8的匀强磁场中，最后打到照相底片DI-.O则照

相底片上碘131和碘127与S2之间的距离之比为（）

3.质谱仪可用来分析带电粒子的基本性质，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。带电

粒子从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后打在荧光肝上。图中虚线为口粒子

（；H,）和某未知带电粒子在质谱仪中的运动轨迹，下列判断正确的是（）

匕

磁场

力口速电场

未知粒子

荧光屏1|一“粒子

A.未知带电粒子的比荷一定大于。粒子的比荷

B.未知带电粒子的比荷一定小于。粒子的比荷

C.未知带电粒子的电荷量一定大于「粒子的电荷量

D.未知带电粒子的电荷量一定小于口粒子的电荷量

4.如图所示，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上（与纸面平行），

磁场方向垂直于纸面向里，三个带电的微粒。、b、C质量相等，电量大小分别为4、私、

义.,已知在该区域内，b在纸面内分别做半径为飞、尺的匀速圆周运动，且Rf,

C在纸面内向左做匀速直线运动。下列选项正确的是（）

XXXXX

XXXXX

左右

XXXXX

XXXXX

A.4、〃为异种电荷B.qa>qh

C.。、b、。均为正电荷D.无法比较仇、生的大小

5.如图所示，水平地面上方存在垂直纸面向里的磁场，将一小球水平向右抛出，小球的落

地点为现给小球带上电荷后，仍以原来的速度抛出，则下列说法正确的是（）

XXXXX

XXXX

个X女

〃〃〃〃〃/〃/〃1'

cih

A.无论小球带何种电荷，小球仍会落在。点

B.无论小球带何种电荷，小球下落时间都不变

C.若小球带正电荷，小球可能落在更远的〃点

D.若小球带正电荷，小球落地速度将减小

6.如图所示，两水平金属板构成的器件中同时存在着匀强电场和匀强磁场，电场强度E

和磁感应强度B相互垂直。•带电粒子以某•水平速度从P点射入，恰好能沿直线运动，

不计带电粒子的重力。下列说法正确的是（）

D

B.粒子的速度大小v=w

C.若粒子速度大小改变，则粒子将做曲线运动

D.若粒子速度大小改变，则电场对粒子的作用力会发生变化

7.如图所示，在第一象限内有水平向右的匀强电场，电场强度大小E=普。在第四象

2qa

限内有垂直于纸面向外的匀强磁场，在该平面内有一个质量为〃?、电荷量为q的带正电粒

子从P点以初速度加沿），轴负方向射出，。点的坐标为（2d,手d）,粒子恰好能打到y轴

上，不考虑粒子的重力，则匀强磁场的磁感应强度4的大小为（）

A.

4qdqd

8.如图所示，匀强磁场方向垂直纸而向里，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

9.如图所示，平行金属板上下两极板之间有场强为E的匀强电场，在此空间有方向垂直

于纸面向里的匀强磁场。左右两块绝缘板上的小孔。、〃连线与金属极板平行。不计带电粒

子的重力。任意的带电粒子从一个孔入射，下列说法中正确的是（）

XXX

aBb

XXX

A-

A.只能是正电荷以合适速度从〃孔射入，都能从人孔射出

B.只能是负电荷以合适速度从力孔射入，都能从。孔射出

C.不管正负电荷，只要速度合适，从。孔射入，都能从八孔射出

D.不管正负电荷，只要速度合适，从〃孔射入，都能从。孔射出

10.如图所示，电荷量相等的两种离子筑20和加22从容器A下方的狭缝S/飘入（初速度

为零）电场区，经电场加速后通过狭缝S2、S3垂直于磁场边界MN射入匀强磁场，磁场方

向垂直纸面向里，离子经磁场偏转后发生分离，最终到达照相底片。上。不考虑离子间的

x次3xxxXX/x

B\/y

xxXx/xx

XXX‘女…太’XXX

A.电场力对每个岚20和岚22做的功不等

B.笊22进入磁场时的速度较大

C.笈22在磁场中运动的半径较小

D.若加速电压发生波动，两种离子打在照相底片上的位置可能重叠

11.图为速度选择器和质谱仪，某时刻有一带电粒子射入，其轨迹如图所示，图中所给的

数据均为已知，不考虑粒子受到的重力，下列说法正确的是（）

A.该带电粒子带负电

R

B.该带电粒子的初速度大小为g

E

C.粒子的动能先不变再增大

D.若带电粒子在磁场的运动半径为七则该粒子的比荷为一；

12.如图所示，直角坐标系xO），位于竖直平面内，y轴竖直向上。第III、IV象限内有垂直

于坐标平面向外的匀强磁场，第IV象限同时存在方向平厅于轴的匀强电场（图中未画

出）。一带电微粒以速度，从x轴上的4点经过，恰好从尸点垂直于），轴进入第IV象限，

然后做圆周运动，从。点垂直于x轴进入第I象限，Q点距。点的距离为d,重力加速度

C.可以求出磁感应强度大小D.可以求出电场强度的大小和方向

13.电场强度为E的匀强电场水平向右，匀强磁场与匀强电场垂直，磁感应强度大小为

B,方向如图所示。一带电小球M斜向右上.做匀速直线运动，速度与水平方向的夹角为

30°,该小球运动的速度大小为（）

XXXX「X

____________

xxxx

MCT『

XXX5xX

x/3£D,也

BB

14.如图所示，一带电液滴在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中刚好做匀速圆周运动，其

轨迹半径为已知电场的电场强度大小为E,方向竖直向下；磁场的磁感应强度大小为

B,方向垂直于纸面向里。不计空气阻力，重力加速度为8,则下列说法中正确的是

B.液滴的比荷包=总

mE

C.液滴的速度大小丫=竺

D.液滴沿逆对针方向运动

15.如图所示，从S处发出的热电子经加速电压U加速后垂直进入相互垂直的匀强电场和

匀强磁场中，发现电子流向上极板偏转。设两极板间电场强度为E,磁感应强度为乩欲

使电子沿直线从电场和磁场区域通过，只采取下列措施，其中可行的是（）

B.适当减小磁感应强度8

C.适当增大加速电场极板之间的距离D.适当减小加速电压U

16.如图所示，匀强电场E方向竖直向下，水平匀强磁场8垂直纸面向里，三个油滴0、

氏c带有等量同种电荷；已知“静止，氏c在纸面内均做匀速圆周运动（轨迹未画

出）.以下说法正确的是（）

E

A.a的质量最大，c的质晟最小，氏c都沿逆时针方向运动

B.〃的质量最大，〃的质量最小，b、c都沿顺时针方向运动

C.三个油滴质量相等，〃沿顺时针方向运动，。沿逆时针方向运动

D.三个油滴质量相等，氏c都沿顺时针方向运动

二、多选题

17.医用回旋加速器示意图如图所示，其核心部分是两个D形金属盒，两金属盒置于匀强

磁场中，并与高频电源相连。现分别加速笊核和氨核（：He）。下列说法中正确的

是（）

A.它们的最大速度相同B.它们的最大动能相同

C.两次所接高频电源的频率相同D.增大高频电源的电压可增大粒子的最大射出动能

18.如图所示为质谱仪测定带电粒子质最的装置示意图。速度选择器（也称滤速器）极板

长度为L，宽度为d,电场强度为£,方向竖直向下，磁感应强度方向垂直纸面向里，

分离器中磁感应强度治的方向垂直纸面向外，小孔A在速度选择器的中线上，其孔大小可

以忽略。在5处有带电量为+夕、质量为〃7的大量同种正离子向右以不同速率沿中线入射，

有些粒不做匀速直线运动经过A孔、此区域后打在接收板尸。上。下列说法正确的是

)

A.这些粒子在右侧磁场B2中运动的时间一定相同

B.这些粒子在右侧磁场B2中运动半径一定不同

F

C.粒子要在〃/区域做匀速直线运动，速度必须满足i一万

2E

D.速度-二瓦的粒子可能在阴区域做匀速直线运动

19.电磁场与现代高科技密切关联，并有重要应用。下列说法正确的是（）

F

A.图甲的速度选择器能使速度口=看的粒子沿直线匀速通过，尸一Q和0-P均可■使用

B.图乙的磁流体发电机正常工作时电流方向为a—Rf

C.图丙为回旋加速器，若增大D形盒狭缝之间的加速电压U,则粒子的最大动能增大

D.图丁为霍尔元件，若载流子带负电，稳定时元件左侧的电势低于右侧的电势

20.如图所示为回旋加速器的原理图。关于回旋加速器加速粒子，下列说法正确的是

A.粒子在电场和磁场中加速获得能量B.粒子被电场加速的次数与加速电压有关

C.粒子在加速过程中突然增大加速电压，粒子最终获得的动能增大

D.粒子获得的最大动能与D形盒的半径有关，与加速电场的电压无关

三、填空题

21.回旋加速器的构造如图所示，。/、6是半圆形金属盒，。形盒的缝隙处接交流电源，

。形盒处于匀强磁场中。工作时交流电的周期和粒子做圆周运动的周期（选填

“相等”或“不相等”），粒子经电场加速，经磁场回旋，获得的最大动能由磁感应强度和。

形盒的决定，与加速电压无关。

22.如图所不为质谱仪的原理图，某同学欲使用该装置测量某带止电粒子的比荷。粒子从

静止开始经过电势差为U的加速电场后，进入速度选择器，选择器中存在相互垂直的匀强

电场和匀强磁场，磁感应强度大小为4,磁场方向如图，匀强电场的场强为反带电粒子

能够沿直线穿过速度选择器，从G点既垂直直线MN又垂直于磁场的方向射入偏转磁场。

偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场

后，最终到达照相底片的，点。已知偏转磁场的磁感应强度为与，带电粒子的重力可忽略

（1）为保证粒子在速度选择器中做直线运动，速度选择器。板需与电源（选填“正

极”或“负极”）相连，〃板需与电源（选填“正极”或“负极”）相连；