人教版高中物理选择性必修第二册第1章4质谱仪与回旋加速器课件（55页ppt）+练习含答案（教师用）

第一章　4. 基础达标练 1．(多选)关于回旋加速器，下列说法正确的是( 　 ) A．电场用来加速带电粒子，磁场则使带电粒子回旋 B．电场和磁场同时用来加速带电粒子 C．所加交变电源的频率与带电粒子做圆周运动的频率相同 D．同一带电粒子获得的最大动能只与交流电压的大小有关，而与交流电压的频率无关 答案：AC 解析：由于洛伦兹力不做功，所以起加速作用的是电场，要想粒子被加速，交流电的频率必须与粒子在磁场中做匀速圆周运动的频率相同；由于Ekm＝，所以与交流电压和交流电压的频率都无关，故选AC。 2．如图所示为质谱仪的原理示意图，现让某束离子(可能含有多种离子)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，经电场加速后垂直进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，在照相底片上形成a、b两条“质谱线”，则下列判断正确的是( 　 ) A．a、b谱线对应的离子均带负电 B．a谱线对应的离子的质量较大 C．b谱线对应的离子的质量较大 D．a谱线对应的离子的比荷较大 答案：D 解析：根据离子在磁场中的偏转方向，结合左手定则可知a、b谱线对应的离子均带正电，A错误；离子在电场中被加速过程中，由动能定理得qU＝mv2，在磁场中离子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有qvB＝m，解得r＝，即落点位置只与离子的比荷有关，比荷越大，r越小，则a谱线对应的离子的比荷较大，但因离子所带电荷量可能不同，因此无法比较离子的质量大小，B、C错误，D正确。 3．(多选)用如图所示的回旋加速器分别加速H、He，匀强磁场的磁感应强度大小恒定，加速H、He两个粒子时两D形盒间所加交变电压的大小分别为U1、U2，频率分别为f1、f2。H、He两个粒子从出口射出时的动能分别为Ek1、Ek2，动量大小分别为p1、p2。加速过程中不考虑相对论效应和重力作用，若两个粒子在D形盒中加速的次数相同，则( 　 ) A．U1∶U2＝2∶1 B．f1∶f2＝2∶1 C．Ek1∶Ek2＝2∶1 D．p1∶p2＝2∶1 答案：AB 解析：粒子从出口射出时的动能Ek＝mv＝，则Ek1∶Ek2＝1∶1，根据动能定理nqU＝，则U1∶U2＝2∶1，由f＝，得f1∶f2＝2∶1，由p＝，得到p1∶p2＝1∶2，故A、B正确，C、D错误。 4．如图所示，为一种改进后的回旋加速器示意图，在D形盒边上的缝隙间放置一对中心开有小孔a、b的平行金属板M、N。每当带正电的粒子从a孔进入时，就立即在两板间加上恒定电压，经加速后从b孔射出，再立即撤去电压。而后进入D形盒中的匀强磁场，做匀速圆周运动。缝隙间无磁场，不考虑相对论效应，则下列说法正确的是( 　 ) A．D形盒中的磁场方向垂直纸面向外 B．粒子运动的周期不断变大 C．粒子每运动一周直径的增加量越来越小 D．增大板间电压，粒子最终获得的最大动能变大 答案：C 解析：根据左手定则，D形盒中的磁场方向垂直纸面向里，A错误；粒子运动的周期T＝＝，粒子运动的周期不变，B错误；根据洛伦兹力提供向心力qvB＝m 运动半径r＝ 粒子每运动一周直径的增加量ΔL＝2(rn＋1－rn)＝，mv＝nqU mv＝(n＋1)qU Δv＝－＝(－) 可得粒子每运动一周直径的增加量越来越小，C正确；粒子获得的动能Ek＝mv2＝ 当r达到D形盒的半径时，粒子动能最大，与板间电压无关，D错误。 5.(2024·江苏省江阴高级中学高二期中)回旋加速器利用磁场和电场使带电粒子作回旋运动，经过多次加速，粒子最终从D形盒边缘引出，成为高能粒子。若D形盒中磁场的磁感应强度大小为B，D形盒缝隙间电场变化周期为T，加速电压为U。D形盒的半径为R，则下列判断正确的是( 　 ) ①被加速粒子的比荷为 ②被加速粒子获得的最大速度为 ③粒子被加速的次数为 ④粒子获得的最大动能会随着加速电压的变化而变化 A．①② B．②③ C．③④ D．①④ 答案：A 解析：忽略粒子在电场中加速时间，则交变电场变化周期等于粒子在磁场中圆周运动周 ... ...