第一章第四节 质谱仪与回旋加速器——高二物理人教版（2019）选择性必修第二册课后习题（含解析）

第一章第四节 质谱仪与回旋加速器———高二物理人教版（2019）选择性必修第二册课后习题 【教材课后习题】 1.A、B是两种同位素的原子核，它们具有相同的电荷、不同的质量。为测定它们的质量比，使它们从质谱仪的同一加速电场由静止开始加速，然后沿着与磁场垂直的方向进入同一匀强磁场，打到照相底片上。如果从底片上获知A、B在磁场中运动轨迹的直径之比是1.08:1，求A、B的质量之比。 2.回旋加速器D形盒的半径为r，匀强磁场的磁感应强度为B。一个质量为m、电荷量为q的粒子在加速器的中央从速度为0开始加速。根据回旋加速器的这些数据，估算该粒子离开回旋加速器时获得的动能。 3.如图所示，一束电子以垂直于磁感应强度B并垂直于磁场边界的速度v射入宽度为d的匀强磁场中，穿出磁场时速度方向和原来射入方向的夹角为，求电子的比荷和穿越磁场的时间。 4.回旋加速器两个D形金属盒分别和一高频交流电源两极相接，两盒放在磁感应强度为B的匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近。若粒子源射出的粒子电荷量为q，质量为m，粒子最大回旋半径为R，求： （1）粒子在盒内做何种运动； （2）所加交流电源的频率； （3）粒子加速后获得的最大动能。 【定点变式训练】 5.如图所示，距离为L的竖直虚线P与Q之间分布着竖直向下的匀强电场，A为虚线P上一点，C为虚线Q上一点，水平虚线CD与CF之间分布着垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，虚线CF与虚线Q之间的夹角.质量为m、电荷量为q的粒子从A点以水平初速度射出，恰好从C点射入磁场，速度与水平方向的夹角也为θ，粒子重力可忽略不计.下列说法正确的是( ) A.C点与A点间的竖直距离为 B.电场强度大小为 C.粒子在磁场中运动的轨迹半径为 D.粒子在磁场中运动的时间为 6.现有某种直线加速器结构如图甲所示，编号为14号的4块电极板平行放置，极板中心均有一小孔供粒子通过。其中1号和3号板与A接线柱相连，2号和4号板与B接线柱相连，在接线柱间通以如图乙所示的交变电压，其中电压U已知，周期T可以根据需要调节。现有一质子从1号板由静止释放，沿直线保持加速运动状态，穿过小孔达到4号板。设质子的电荷量为e，质量为m，1、2号板间距为d，忽略电场边缘效应及电压变化瞬间所产生的影响，不计质子重力，则( ) A.质子离开3号板时的动量大小为 B.交变电压的周期为 C.3、4号板间距为 D.整个运动过程中质子做匀加速直线运动 7.如图为回旋加速器的示意图，真空容器D形盒放在与盒面垂直的匀强磁场中，且磁感应强度B保持不变。两盒间狭缝间距很小，粒子从粒子源A处（D形盒圆心）进入加速电场（初速度近似为零）。D形盒半径为R，粒子质量为m、电荷量为，两D形盒间接电压为U的高频交流电源。不考虑相对论效应、粒子所受重力和带电粒子穿过狭缝的时间。下列论述正确的是( ) A.粒子的能量是由加速电场提供的，能获得的最大动能与加速电压U有关 B.加速氘核（）和氦核（）时，两次所接高频交流电源的频率应不同 C.加速氘核（）和氦核（）时，它们能获得的最大动能相等 D.若增大加速电压U，则粒子在D型盒内运动的总时间减少 8.质谱仪是科学研究和工业生产中的重要工具。质谱仪的工作原理示意图如图所示，粒子源S从小孔向下射出各种速度的氕核、氘核、氚核及氦核，粒子经小孔进入速度选择器后，只有速度合适的粒子才能沿直线经过小孔，并垂直进入磁感应强度大小为的偏转磁场，感光底片PQ上仅出现了A、B、C三个光斑，光斑A到小孔的距离为2d。已知速度选择器两板间存在垂直纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场，两板间距为d，板间电压为U，下列说法正确的是( ) A.极板M带负电荷 B.粒子在偏转磁场中的速度大小为 C.氦核的比荷为 D.相邻两光斑的距离均为 9.回旋加速器D形盒的半径为R，高频 ... ...