4 质谱仪与回旋加速器建议用时:40分钟 ◆ 知识点一 质谱仪 1.质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具.如图所示为质谱仪的原理示意图,现利用质谱仪对氢元素进行测量.氢元素三种同位素的离子流从容器A下方的小孔S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为B的匀强磁场中,最后打在照相底片D上,形成a、b、c三条“质谱线”.下列判断正确的是 ( ) A.三种同位素进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氕、氘、氚 B.三种同位素进入磁场时动能从大到小排列的顺序是氕、氘、氚 C.三种同位素在磁场中运动时间由大到小排列的顺序是氕、氘、氚 D.a、b、c三条“质谱线”依次排列的顺序是氕、氘、氚 2.质谱仪的简化原理如图所示.质子在入口处从静止开始被加速,再经匀强磁场偏转后从出口离开磁场,图中虚线表示质子在磁场中的偏转轨迹.若保持加速电压 恒定,用该装置加速某种一价正离子,为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场,需将磁感应强度增大到原来的4倍.下列说法正确的是 ( ) A.质子和离子在磁场中运动的时间之比为1∶1 B.质子和离子在磁场中运动的时间之比为1∶4 C.质子和离子的质量之比为1∶4 D.质子和离子的质量之比为1∶2 ◆ 知识点二 回旋加速器 3.[2024·湖州中学月考] 劳伦斯和利文斯设计的回旋加速器工作原理如图所示.高真空中的两个D形金属盒间留有平行的狭缝,粒子 通过狭缝的时间可忽略.匀强磁场与盒面垂直,加速器接在交流电源上.若A处质子源产生的质子可在盒间被正常加速,则下列说法错误的是( ) A.虽然逐渐被加速,但质子每运动半周的时间不变 B.只增大交流电压,质子在盒中运动的总时间变短 C.只增大磁感应强度,仍可能使质子被正常加速 D.只增大交流电压,质子在出口的速度不变 4.(不定项)如图所示,回旋加速器的D形盒半径为R,所加磁场的磁感应强度大小为B、方向如图所示,用来加速质量为m、电荷量为q的质子H),质子从质子源A由静止出发,回旋加速后,从出口处射出.下列说法正确的是( ) A.回旋加速器加速完质子后,在不改变所加交变电压和磁场情况下,不能直接对氦核He)进行加速 B.只增大交变电压U,则质子在加速器中获得的最大动能将变大 C.回旋加速器所加电压变化的频率为 D.加速器可以对质子进行无限加速 5.[2024·宁波镇海中学月考] 质谱仪最初是由英国物理学家阿斯顿设计的,他用质谱仪发现了氖的两种同位素氖20和氖22,从而证实了同位素的存在.如图所示,让氖20和氖22原子核从质谱仪的小孔S1飘入电压为U的加速电场(初速度可看作零),然后从小孔S3垂直进入匀强磁场发生偏转,最后打在底片上的不同地方.已知氖20和氖22原子核带电荷量相同,质量之比约为20∶22,氖20和氖22原子核在磁场中运动轨迹的直径分别为D1、D2,则D1∶D2约为 ( ) A.1∶0.91 B.1∶0.95 C.1∶1.05 D.1∶1.1 6.如图甲所示是回旋加速器的工作原理图.带电粒子在磁场中运动的动能Ek随时间t的变化规律如图乙所示,不计带电粒子在电场中的加速时间,不考虑因相对论效应带来的影响.下列说法中正确的是 ( ) A.在乙图中,tn+1-tn>tn-tn-1 B.在乙图中,En+1-En
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