2022届高考物理解答题专项练-质谱仪 回旋加速器 一、解答题（共15小题；共195分） 1. 质谱仪是一种测定带电粒子的比荷和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示。让中性气体进入电离室 ，在那里被电离成离子。这些离子从电离室的小孔飘出，从缝 进入加速电场被加速。然后让离子从缝 垂直进入匀强磁场，最后打在底片上的 点。已知加速电压为 ，磁场的磁感应强度为 ，缝 与 之间的距离为 ，离子从缝 进入电场时的速度不计。求该离子的比荷。 2. 有一回旋加速器，它的高频电源的频率为 。 形盒的半径为 ，求加速氘核时所需的磁感应强度为多大 氘核所能达到的最大动能为多少 （氘核的质量为 ，氘核的电荷量为 ） 3. 如图所示为一速度选择器，也称为滤速器的原理图。 为电子枪，由枪中沿 方向射出的电子，速率大小不一，当电子通过方向互相垂直的均匀电场和磁场后，只有一定速率的电子能沿直线前进，并通过小孔 。设产生匀强电场的平行板间的电压为 ，间距为 ，垂直纸面的匀强磁场的磁感应强度为 ，问： （1）磁场的指向应该垂直纸面向里还是向外 （2）速度为多大的电子才能通过小孔 4. 质谱仪是一种分析同位素的重要仪器，它的构造原理如图所示。从粒子源 处射出速度大小不计的正离子，经加速电场加速后，从狭缝 处垂直进入一个匀强磁场后到达照相底片 上。已知离子的质量为 、电荷量为 ，加速电场的电压为 ，匀强磁场的磁感应强度大小为 。 （1）求离子在磁场中运动的速度 的大小。 （2）求离子在磁场中运动的时间 。 （3）假如离子源能放出氕（）、氘（）、氚（）三种离子的混合物，请判断该质谱仪能否将三种离子分离，并说明理由。 5. 如图所示， 表示粗细均匀的一段导体，长为 ，两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为 ，设导体的横截面积为 ，导体每单位体积内的自由电荷数为 ，每个自由电荷的电荷量为 ，求导体内的电流。 6. 一回旋加速器 形盒的半径为 ， 形盒间的电压为 ，用来加速质量为 、电量为 的质子，使质子由静止加速到从 形盒边缘出口射出的能量为 .则： （1）加速器中匀强磁场的磁感应强度 为多少 （2）设质子每次加速获得的动能增量相同，那么，加速到能量为 时所需的回旋周数为多少 （3）加速到能量为 时所需的时间为多少 7. 在高能物理研究中，粒子回旋加速器起着重要的作用，如图（）为它的示意图。它由两个铝制 型金属扁盒组成， 形盒正中间开有一条窄缝，处在匀强磁场中并接有高频交变电压。图（）为俯视图，在 型盒上半面中心 处有一正离子源，它发出的正离子经狭缝电压加速后进入 型盒中。在磁场力的作用下运动半周，再经过狭缝时电压恰好改变方向，又使粒子加速。如此周而复始，最后到达 型盒的边缘，获得最大速度，由导出装置导出。已知正离子的电荷量为 ，质量为 ，加速时电极间电压大小为 ，磁场的磁感应强度为 ， 型盒的半径为 。每次加速的时间很短，可以忽略不计。正离子从离子源出发时的初速度为零。 （1）为了使正离子每经过窄缝都被加速，求交变电压的频率； （2）求离子能获得的最大动能； （3）求离子第 次与第 次在下半盒中运动的轨道半径之比。 8. 质谱仪是一种研究同位素的工具，如图为倍恩勃立奇等设计的质谱仪结构示意图。从离子源产生的同位素离子，经过 、 之间的电压 加速，穿过平行板 、 区间，从狭缝 垂直射入磁感应强度为 的匀强磁场，偏转半周后打在照相底片 上。不计离子重力。 （1）若忽略某离子进入狭缝 时的速度，在底片上的落点到狭缝 的距离为 ，求该离子的比荷 ； （2）实际上，离子进入 时有不同的速度，为降低其影响，在 、 间加均垂直于连线 、场强为 的匀强电场和磁感应强度为 的匀强磁场，电场方向由 指向 ，试指出磁场 的方向。若带电量 ... ...
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