高考物理最新模拟题精选训练(磁场)专题05 质谱仪与回旋加速器(含解析)
高三物理质谱仪和回旋加速器试题
高三物理质谱仪和回旋加速器试题1. 1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如下图所示，这台加速器由两个铜质D形盒D1、D2构成，其间留有空隙．下列说法正确的是A．离子从D形盒之间空隙的电场中获得能量B．回旋加速器只能用来加速正离子C．离子在磁场中做圆周运动的周期是加速交变电压周期的一半D．离子在磁场中做圆周运动的周期与加速交变电压周期相等【答案】AD【解析】回旋加速器利用电场加速，在磁场中速度大小不变，运用磁场偏转．故A正确；回旋加速器可以加速正电荷，也可以加速负电荷．故B错误；回旋加速器离子在磁场中做圆周运动的周期与加速交变电压的周期相等．故C错误正确D．【考点】回旋加速器的工作原理2.1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器．如图甲所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连。
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，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断中正确的是A．粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大B．若增大磁感应强度，为保证该粒子每次进人电场均被加速，应增大高频电源交流电的频率C．不同粒子在两D型盒中运动时间可能不相同D．不同粒子获得的最大动能都相同【答案】B【解析】据题意，由得可知，当带电粒子的荷质比和磁场磁感应强度一定，则粒子被回旋加速器加速的最大速度由回旋加速器的半径决定，所以半径越大获得的最大动能越大，A、D选项错误；据带电粒子运动周期和可知，如果增大磁感应强度，则粒子运动周期变小，粒子转动频率增加，为了保证每次粒子进入电场都被加速，则应增大交流电的频率，B选项正确；由于粒子在磁场中运动周期为，则粒子在两个D形盒中运动时间均为，故C选项错误。
【考点】本题考查回旋加速器原理。
3.二十世纪初，卡文迪许实验室(Cavendish Laboratory)的英国物理学家阿斯顿首次制成了聚焦性能较高的质谱仪，并用此来对许多元素的同位素及其丰度进行测量，从而肯定了同位素的普遍存在。
2024全国高考真题物理汇编：质谱仪与回旋加速器
2024全国高考真题物理汇编质谱仪与回旋加速器一、多选题1．（2024安徽高考真题）空间中存在竖直向下的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，电场强度大小为E，磁感应强度大小为B。
一质量为m的带电油滴a，在纸面内做半径为R的圆周运动，轨迹如图所示。
当a运动到最低点P时，瞬间分成两个小油滴Ⅰ、Ⅱ，二者带电量、质量均相同。
Ⅰ在P点时与a的速度方向相同，并做半径为3R的圆周运动，轨迹如图所示。
Ⅱ的轨迹未画出。
己知重力加速度大小为g，不计空气浮力与阻力以及Ⅰ、Ⅱ分开后的相互作用，则（）A．油滴a带负电，所带电量的大小为mg EB．油滴a做圆周运动的速度大小为gBR EC．小油滴Ⅰ做圆周运动的速度大小为3gBRE，周期为4EgBD．小油滴Ⅱ沿顺时针方向做圆周运动2．（2024湖北高考真题）磁流体发电机的原理如图所示，MN和PQ是两平行金属极板，匀强磁场垂直于纸磁场，极板间便产生电压。
下列说法正确的是（）A．极板MN是发电机的正极B．仅增大两极板间的距离，极板间的电压减小C．仅增大等离子体的喷入速率，极板间的电压增大D．仅增大喷入等离子体的正、负带电粒子数密度，极板间的电压增大二、解答题3．（2024湖南高考真题）如图，有一内半径为2r、长为L的圆筒，左右端面圆心O′、O处各开有一小孔。
以O为坐标原点，取O′O方向为x轴正方向建立xyz坐标系。
在筒内x≤0区域有一匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向沿x 轴正方向；筒外x ≥0区域有一匀强电场，场强大小为E ，方向沿y 轴正方向。
一电子枪在O′处向圆筒内多个方向发射电子，电子初速度方向均在xOy 平面内，且在x 轴正方向的分速度大小均为v 0。
已知电子的质量为m 、电量为e ，设电子始终未与筒壁碰撞，不计电子之间的相互作用及电子的重力。
（1）若所有电子均能经过O 进入电场，求磁感应强度B 的最小值；（2）取（1）问中最小的磁感应强度B ，若进入磁场中电子的速度方向与x 轴正方向最大夹角为θ，求tan θ的绝对值；（3）取（1）问中最小的磁感应强度B ，求电子在电场中运动时y 轴正方向的最大位移。
人教版高中物理选修二《质谱仪与回旋加速器》练习题(含解析)(1)
第一章 安培力与洛伦兹力第4节 质谱仪与回旋加速器一、多选题1．1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，凭借此项成果，他于1939年获得诺贝尔物理学奖，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D 形盒D 1、D 2构成，其间留有空隙，下列说法正确的是（ ）A ．带电粒子由加速器的边缘进入加速器B ．带电粒子每次进入D 形盒时做匀速圆周运动C ．被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期随半径的增大而增大D ．经过半个圆周后带电粒子再次到达两盒间的缝隙时，两盒间的电压恰好改变正负【答案】BD【详解】A ．粒子运动的半径越来越大，所以离子由加速器的靠近中心处进入加速器，故A 错误；B ．带电粒子每次进入D 形盒时均在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，故B 正确；C ．根据2m T qBπ= 可知，被加速的带电粒子在回旋加速器中做圆周运动的周期不变，故C 错误；D ．为了使得粒子不断得到加速，经过半个圆周后带电粒子再次到达两盒间的缝隙时，两盒间的电压恰好改变正负，故D 正确。
故选BD 。
2．下图中关于磁场中的四种仪器的说法中正确的是（ ）A ．甲图中回旋加速器加速带电粒子的最大动能与回旋加速器的半径无关B ．乙图中不改变质谱仪各区域的电场磁场时击中光屏同一位置的粒子比荷相同C ．丙图中自由电荷为负电荷的霍尔元件通上如图所示电流和加上如图磁场时N 侧带负电荷D ．丁图长宽高分别为为a 、b 、c 的电磁流量计加上如图所示磁场，若流量Q 恒定，则前后两个金属侧面的电压与a 、b 无关【答案】BCD【详解】A ．回旋加速器中，由牛顿第二定律可得2mv qvB R= 带电粒子射出时的动能为212k E mv =联立解得2222k q B R E m= 回旋加速器加速带电粒子的最大动能与回旋加速器的半径有关，A 错误；B ．带电粒子在加速电场中，由动能定理可得2112qU mv =带电粒子在复合场中，由共点力平衡条件可得 1qvB Eq =带电粒子在磁场中运动，由牛顿第二定律可得22mv qvB R= 联立可得2q v m B R= 乙图中不改变质谱仪各区域的电场磁场时击中光屏同一位置的粒子，速度相同，半径R 相同，因此粒子比荷相同，B 正确；C ．丙图中自由电荷为负电荷的霍尔元件通上如图所示电流和加上如图磁场时，由左手定则可知，负电荷所受洛伦兹力向左，因此N 侧带负电荷，C 正确；D ．最终正负离子会受到电场力和洛伦兹力而平衡，即qvB Eq =同时U E b=而水流量为=Q vbc联立可得QB=Uc前后两个金属侧面的电压与流量Q、磁感应强度B以及c有关，与a、b无关，D正确；故选BCD。
高三物理质谱仪和回旋加速器试题
高三物理质谱仪和回旋加速器试题1.关于物理原理在技术上的应用，下列说法中正确的是（）A．利用回旋加速器加速粒子时，通过增大半径，可以使粒子的速度超过光速B．激光全息照相是利用了激光相干性好的特性C．用双缝干涉测光波的波长时，若减小双缝间的距离，则同种光波的相邻明条纹间距将减小D．摄影机镜头镀膜增透是利用了光的衍射特性【答案】B【解析】利用回旋加速器加速粒子时，即使通过增大半径，也不可能使粒子的速度超过光速，选项A 错误；激光全息照相是利用了激光相干性好的特性，选项B正确；用双缝干涉测光波的波长时，若减小双缝间的距离，根据可知，同种光波的相邻明条纹间距将增大，选项C 错误；摄影机镜头镀膜增透是利用了光的干涉特性，选项D 错误。
【考点】回旋加速器；激光；光的干涉。
2.图甲是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个“D”形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源两极相连。
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，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列说法正确的是A．在Ek —t图中应有（t2-t1）＞（t3-t2）＞（t4-t3）＞……（tn-tn-1）B．高频电源的变化周期应该等于tn -tn-1C．要使粒子获得的最大动能增大，可以增大“D”形盒的半径D．在磁感应强度B、“D”形盒半径R、粒子的质量m及其电荷量q不变的情况下，粒子的加速次数越多，粒子的最大动能一定越大【答案】C【解析】根据周期公式T=知，粒子的回旋的周期不变，与粒子的速度无关，所以t4-t3=t3-t 2=t2-t1．A错误；交流电源的周期必须和粒子在磁场中运动的周期一致，故电源的变化周期应该等于2（tn -tn-1），B错误；根据公式r=，有v=，故最大动能E km=mv2=，与半径有关；要想粒子获得的最大动能增大，可以增大“D”形盒的半径，C正确；与粒子加速的次数无关，D正确。
【考点】本题考查回旋加速器。
高考物理速度选择器和回旋加速器试题(有答案和解析)
A．O3 处出射时粒子速度为 v2
E2 B2
B．Ⅰ、Ⅱ两板间电压U1
mE2 2eB2
C．粒子通过Ⅰ、Ⅱ金属板和Ⅱ、Ⅲ金属板的时间之比为 1︰1
D．把质子换成 α 粒子，则 α 粒子也能从 O3 射出
【答案】AB
【解析】
【详解】
A．经过 O2 点进入 E2、B2 的复合场中，最终沿直线从Ⅲ的下端 O3 点射出，因质子受到电场 力与洛伦兹力，只要当两者大小相等时，才能做直线运动，且速度不变的，依据
(1)磁场 B2 的方向垂直纸面向里还是向外? (2)带电粒子的速度是多少?
(3)打在 a、b 两点的距离差△x 为多大?
【答案】(1)垂直纸面向外
(2) v
U B1d
【解析】
(3) x
2U (m1 m2 ) qB1B2d
【详解】
(1)带正电的粒子进入偏转磁场后，受洛伦兹力而做匀速圆周运动，
因洛伦兹力向左，由左手定则知，则磁场垂直纸面向外.
（2）带电粒子受力平衡，有 qvB q U d
粒子进入极板时的速度 v= U Bd
（3）带电粒子在两极板间运动时间 t1= L ，加速度 a qU
v
md
带电粒子穿过电场时的侧移量
y1
1 2
at12
qUL2 2mdv2
带电粒子离开两极板间后做匀速直线运动的时间 t2= L v
带电粒子从极板右端射出时沿竖直方向的速度 vy = at1
(1)电子通过小孔 O 时的速度大小 v； (2)板间匀强磁场的磁感应强度的大小 B 和方向。
【答案】（1） 2eU （2） 1 2mU 方向垂直纸面向里
m
Le
【解析】
【详解】
(1)电子通过加速电场的过程中，由动能定理有： eU 1 mv2 2
高考物理专题复习：质谱仪与回旋加速器
高考物理专题复习：质谱仪与回旋加速器一、单项选择题（共10小题）1．如图所示，方形金属棒放在匀强磁场中，磁场方向垂直前后表面向里，金属棒通有从左到右的恒定电流I后将会产生霍尔效应，则（）A．金属棒上表面的电势高于下表面B．金属棒前表面的电势高于后表面C．仅增大磁感应强度，霍尔电压将变大D．仅增大金属棒长度ab，霍尔电压将变大2．回旋加速器工作原理示意图如下图，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，两盒间的狭缝很小，粒子穿过的时间可忽略，它们接在电压为U、频率为f的交流电源上，若A处粒子源产生的质子在加速器中被加速，下列正确的是（）A．若只增大交流电压U，则质子获得的最大动能增大B．若只增大交流电压U，则质子在回旋加速器中运行时间会变短C．若磁感应强度B增大，交流电频率f必须适当减小才能正常工作D．不改变磁感应强度B和交流电频率f，该回旋加速器也能用于加速α粒子3．如图，下列说法正确的是（）A．甲图要增大粒子的最大动能，可增加电压UB．乙图是磁流体发电机，可判断出A极板是发电机的负极C．基本粒子不考虑重力的影响，丙图可以判断基本粒子的电性，粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是E vBD．丁图中若载流子带负电，稳定时C板电势高4．现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定，磁场的磁感应强度为B，质子在入口处从静止开始被电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场，若换作a粒子（a粒子带正电，其电荷量为质子的2倍，质量为质子的4倍）在入口处从静止开始被同一电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度改变为（）A．22B B．2B C．2B D．12B第4题图第5题图5．如图所示的速度选择器水平放置，两板间距离与板长相等，板间分布如图所示的正交匀强电场与匀强磁场．第一次：一带正电的粒子（不计重力）从两板左侧中点O处沿图中虚线水平向右射入速度选择器，恰好做匀速直线运动；第二次：撤去磁场，保留电场，粒子以相同速度从O点进入电场，恰好从上板极右边缘b点离开电场区：第三次：撤去电场，保留磁场，粒子以相同速度从O点进入磁场，粒子将打在下板极cd上某位置．粒子第二次在电场中的运动时间与粒子第三次在磁场中的运动时间的比值是（）A．4:πB．3:πC．2:πD．1:π6．如图所示是一速度选择器，当粒子速度满足v0＝EB时，粒子沿图中虚线水平射出；若某一粒子以速度v射入该速度选择器后，运动轨迹为图中实线，则关于该粒子的说法正确的是（）A．粒子射入的速度一定是v>EBB．粒子射入的速度可能是v<EBC．粒子射出时的速度一定大于射入速度D．粒子射出时的速度一定小于射入速度7．回旋加速器如图所示：真空容器D形盒放在与盒面垂直的匀强磁场中。
质谱仪、回旋加速器和带电粒子在交变电磁场中运动(解析版)—三年(2022-2024)高考物理真题汇编
质谱仪、回旋加速器和带电粒子在交变电磁场中运动考点01质谱仪和回旋加速器1. （2024年高考甘肃卷）质谱仪是科学研究中的重要仪器，其原理如图所示。
Ⅰ为粒子加速器，加速电压为U ；Ⅱ为速度选择器，匀强电场的电场强度大小为1E ，方向沿纸面向下，匀强磁场的磁感应强度大小为1B ，方向垂直纸面向里；Ⅲ为偏转分离器，匀强磁场的磁感应强度大小为2B ，方向垂直纸面向里。
从S 点释放初速度为零的带电粒子（不计重力），加速后进入速度选择器做直线运动、再由O 点进入分离器做圆周运动，最后打到照相底片的P 点处，运动轨迹如图中虚线所示。
（1）粒子带正电还是负电？求粒子的比荷。
（2）求O 点到P 点的距离。
（3）若速度选择器Ⅱ中匀强电场的电场强度大小变为2E （2E 略大于1E ），方向不变，粒子恰好垂直打在速度选择器右挡板的O ¢点上。
求粒子打在O ¢点的速度大小。
【答案】（1）带正电，21212E UB ；（2）1124UB E B ；（3）2112E E B -【解析】（1）由于粒子向上偏转，根据左手定则可知粒子带正电；设粒子的质量为m ，电荷量为q ，粒子进入速度选择器时的速度为0v ，在速度选择器中粒子做匀速直线运动，由平衡条件011qv B qE =在加速电场中，由动能定理2012qU mv =联立解得，粒子的比荷为21212E q m UB =（2）由洛伦兹力提供向心力2002v qv B mr=可得O 点到P 点的距离为11242UB OP r E B ==（3）粒子进入Ⅱ瞬间，粒子受到向上的洛伦兹力01F qv B =洛向下的电场力2F qE =由于21E E ＞，且011qv B qE =所以通过配速法，如图所示其中满足2011()qE q v v B =+则粒子在速度选择器中水平向右以速度01v v +做匀速运动的同时，竖直方向以1v 做匀速圆周运动，当速度转向到水平向右时，满足垂直打在速度选择器右挡板的O ¢点的要求，故此时粒子打在O ¢点的速度大小为2101112E E v v v v B -¢=++=2. （2023高考福建卷）阿斯顿（F ．Aston ）借助自己发明的质谱仪发现了氖等元素的同位素而获得诺贝尔奖，质谱仪分析同位素简化的工作原理如图所示。
高考物理最新模拟题(磁场)精选训练_专题08回旋加速器_word版含解析(有答案)
100考点最新模拟题(磁场)精选训练8第九部分磁场八．回旋加速器一、选择题1.回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图7所示。
D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上。
位于D1圆心处的质子源A能不断产生质子(初速度可以忽略)，它们在两盒之间被电场加速。
当质子被加速到最大动能E k后，再将它们引出。
忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是( )A.若只增大交变电压U，则质子的最大动能E k会变大B.若只增大交变电压U，则质子在回旋加速器中运行的时间会变短C.若只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子D.质子第n次被加速前、后的轨道半径之比为n－1∶n【参考答案】BD2． (多选)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示。
置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略。
磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U。
若A处粒子源产生的质子的质量为m、电荷量为＋q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。
则下列说法正确的是( )A.质子被加速后的最大速度不可能超过2πRfB.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U 成正比C.质子第2次和第1次经过两D 形盒间狭缝后轨道半径之比为2∶1D.不改变磁感应强度B 和交流电频率f ，该回旋加速器的最大动能不变 【参考答案】 AC【名师解析】 质子被加速后的最大速度受到D 形盒半径R 的制约，因v ＝2πRT＝2πRf ，故A 正确；质子离开回旋加速器的最大动能E km ＝12mv 2＝12m ×4π2R 2f 2＝2m π2R 2f 2，与加速电压U 无关，B 错误；根据R ＝mv qB，qU ＝12mv 21，2qU ＝12mv 22，得质子第2次和第1次经过两D 形盒间狭缝后轨道半径之比为2∶1，C 正确；因回旋加速器的最大动能E km ＝2m π2R 2f 2与m 、R 、f 均有关，D 错误。
高考物理速度选择器和回旋加速器模拟试题及解析
高考物理速度选择器和回旋加速器模拟试题及解析一、速度选择器和回旋加速器1．某粒子源向周围空间辐射带电粒子，工作人员欲通过质谱仪测量粒子的比荷，如图所示，其中S 为粒子源，A 为速度选择器，当磁感应强度为B 1，两板间电压为U ，板间距离为d 时，仅有沿轴线方向射出的粒子通过挡板P 上的狭缝进入偏转磁场，磁场的方向垂直于纸面向外，磁感应强度大小为B 2，磁场右边界MN 平行于挡板，挡板与竖直方向夹角为α，最终打在胶片上离狭缝距离为L 的D 点，不计粒子重力。
求： （1）射出粒子的速率； （2）射出粒子的比荷；（3）MN 与挡板之间的最小距离。
【答案】（1）1U Bd （2）22cos v B L α（3）(1sin )2cos L αα-【解析】 【详解】（1）粒子在速度选择器中做匀速直线运动， 由平衡条件得：qυB 1＝qUd解得υ＝1UB d；（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，运动轨迹如图所示：由几何知识得：r ＝2cos Lα＝2cos Lα粒子在磁场中做圆周运动，由牛顿第二定律得qυB 2＝m2rυ，解得：qm＝22cosvBLα（3）MN与挡板之间的最小距离：d＝r﹣r sinα＝(1sin)2cosLαα-答：（1）射出粒子的速率为1UB d；（2）射出粒子的比荷为22cosvB Lα；（3）MN与挡板之间的最小距离为(1sin)2cosLαα-。
2．如图所示，相距为d的平行金属板M、N间存在匀强电场和垂直纸面向里、磁感应强度为B0的匀强磁场；在xOy直角坐标平面内，第一象限有沿y轴负方向场强为E的匀强电场，第四象限有垂直坐标平面向里、磁感应强度为B的匀强磁场．一质量为m、电荷量为q 的正离子(不计重力)以初速度v0沿平行于金属板方向射入两板间并做匀速直线运动，从P 点垂直y轴进入第一象限，经过x轴上的A点射出电场进入磁场．已知离子过A点时的速度方向与x轴成45°角．求：(1)金属板M、N间的电压U；(2)离子运动到A点时速度v的大小和由P点运动到A点所需时间t；(3)离子第一次离开第四象限磁场区域的位置C(图中未画出)与坐标原点的距离OC．【答案】(1)00B v d；(2)t＝0mvqE；(3)2002mv mvqE qB+【解析】【分析】【详解】离子的运动轨迹如下图所示（1）设平行金属板M、N间匀强电场的场强为0E，则有：U E d=因离子所受重力不计，所以在平行金属板间只受有电场力和洛伦兹力，又因离子沿平行于金属板方向射入两板间并做匀速直线运动，则由平衡条件得：000qE qv B = 解得：金属板M 、N 间的电压00U B v d =（2）在第一象限的电场中离子做类平抛运动，则由运动的合成与分解得：0cos 45v v=o故离子运动到A 点时的速度：0v =根据牛顿第二定律：qE ma =设离子电场中运动时间t ，出电场时在y 方向上的速度为y v ，则在y 方向上根据运动学公式得y v at =且0tan 45y v v =o联立以上各式解得，离子在电场E 中运动到A 点所需时间：0mv t qE=（3）在磁场中离子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，则由牛顿第二定律有：2v qvB m R=解得：0mv R qB qB==由几何知识可得022cos 45mv AC R qB===o在电场中，x 方向上离子做匀速直线运动，则200mv OA v t qE==因此离子第一次离开第四象限磁场区域的位置C 与坐标原点的距离为：2002mv mv OC OA AC qE qB=+=+【点睛】本题考查电场力与洛伦兹力平衡时的匀速直线运动、带电粒子在匀强磁场中的运动的半径与速率关系、带电粒子在匀强电场中的运动、运动的合成与分解、牛顿第二定律、向心力、左手定则等知识，意在考查考生处理类平抛运动及匀速圆周运动问题的能力．3．如图所示，A 、B 两水平放置的金属板板间电压为U(U 的大小、板间的场强方向均可调节)，在靠近A 板的S 点处有一粒子源能释放初速度为零的不同种带电粒子，这些粒子经A 、B 板间的电场加速后从B 板上的小孔竖直向上飞出，进入竖直放置的C 、D 板间，C 、D 板间存在正交的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的方向水平向右，大小为E ，匀强磁场的方向水平向里，大小为B 1。
高中物理 4. 质谱仪与回旋加速器 课后练习、课时练习
一、单选题(选择题)1. 如图所示，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，加速电压大小为U，变化周期为T。
一个带电粒子从加速器中央的加速电极附近的A点由静止开始加速，最终粒子从出口射出，则粒子总共被加速的次数为（）A．B．C．D．2. 法拉第曾提出一种利用河流发电的设想，并进行了实验研究。
实验装置示意图如图所示，两块面积均为的矩形平行金属板正对地浸在河水中，金属板间距为。
水流速度处处相同大小为，方向水平向左，金属板面与水流方向平行。
地磁场磁感应强度竖直向下的分量为，水的电阻率为，水面上方有一阻值为的电阻通过绝缘导线和开关连接到两金属板上。
忽略边缘效应，则下列说法正确的是（）A．电阻上的电流方向从里向外B．河水流速减小，两金属板间的电压增大C．该发电装置的电动势大小为D．流过电阻的电流大小为3. 如图，速度选择器中磁感应强度大小为，电场强度大小为，两者相互垂直。
一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过速度选择器后从狭缝进入另一磁感应强度大小为的匀强磁场，最后打在平板的、两点，不计粒子重力，则（）A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里B．通过狭缝的带电粒子速度为C．打在处的粒子在磁场中运动的时间一定大于打在处的D．打在处的粒子的比荷大于打在处的4. 如图所示，空间存在水平向右的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m的带电小球以初速度v0沿与电场方向成45°夹角射入场区，能沿直线运动。
小球运动到某一位置时，电场方向突然变为竖直向上。
已知带电小球的比荷为k，则（）A．小球可能带负电B．电场方向改变后小球做匀速圆周运动C．电场强度大小为g k D．电场强度与磁感应强度之比为5. 笔记本电脑盖上屏幕，屏幕盖板上磁铁和主板机壳上“霍尔传感器”配合，使屏幕进入休眠模式，其工作原理如图所示。
当电脑盖上屏幕时，相当于屏幕边缘的磁极靠近霍尔元件，已知该霍尔元件载流子为电子，以下说法正确的是（）A．盖上盖板，a端带正电B．打开盖板，a端带正电C．盖上屏幕过程中，a、b间电势差逐渐增大D．盖上屏幕过程中，a、b间电势差不变6. 霍尔元件广泛应用于测量和自动控制等领域，霍尔元件一般用半导体材料制成，有的半导体中的载流子（自由电荷）是自由电子，有的半导体中的载流子是空穴（相当于正电荷）。
高考物理磁场精讲精练回旋加速器和质谱仪等仪器.docx
回旋加速器和质谱仪等仪器1.冋旋加速器(1)构造：如图所示，叽D是半圆形金属盒，〃形盒的缝隙处接交流电源.。
形盒处于匀强磁场屮.(2)原理：交变电流的周期和粒子做圆周运动的周期相等,粒子在圆周运动的过程屮一次一次地经过〃形盒缝隙，两盒间的电势差一次一次地反向，粒子就会被一次一次地加速.由qvB=^, 粒子获得的最大动能由磁感应强度〃和〃形盒半径彳决定，与加速电压无关.2.质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等组成.76 74 7572 70丄呂1 U 5 L區11 III 1•厂儿(2)原理：粒子由静止在加速电场中被加速，根据动能定理qU=^mv nJ'知进入磁场的速度粒子在磁场川受洛伦兹力偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律，qvB2mu 二一•由以上几式可得出需要研究的物理量如粒子轨道半径、粒子质量、比荷等.r 判断正误(1)经冋旋加速器加速的带电粒子的最大初动能由〃形盒的最大半径决定，与加速电压无关.(V)(2)质谱仪只能区分电荷量不同的粒子.(X)3.速度选择器接交流电源(1)平行板间电场强度£和磁感应强度〃互相垂直.这种装置能把具有一定速度的粒子选择出來，所以叫做速度选择器. (2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是 on E qE= qvB,即4. 磁流体发电机(1)磁流体发电是一项新兴技术，它可以把内能直接转化为电能.(2) 根据左手定则，如图中的〃板是发电机正极.(3) 磁流体发电机两极板间的距离为/等离子体速度为r,磁场磁感应强度为〃，则两极板间能达到的最大电势差BdV 5. 电磁流量计⑴如图所示，一圆形导管直径为丛用非磁性材料制成，其中有可以导电的液体流过导管. (2)原理：导电液体中的自由电荷(正、负离子)在洛伦兹力作用下横 向偏转，日、力间出现电势差，形成电场.当自由电荷所受电场力和 洛伦兹力平衡时，念方间的电势差就保持稳定.茁Bqv=Eq=»,可得『6. 霍尔效应 在匀强磁场中放置一个矩形截而的载流导体，当磁场方向与电流方向垂直时，导体在与磁场、 电流方向都垂直的方向上出现了电势差.这个现象称为霍尔效应，所产生的电势差称为霍尔 电势差或崔尔电压，其原理如图所示.特别提示：分析带电粒子在复合场中的运动时，如果没有明确指 7^ 出，则对于微观粒子如电子、质子、a 粒子、离子等其重力可忽略不 计；对于实际物体，如带电小球、液滴、金属块等一般应考虑重力.例题1.(多选)图为某磁谱仪部分构件的示意图.图屮，永磁铁提供匀强磁场，硅微条 径迹探测器可以探测粒子在其中运动的轨迹.宇宙射线中有大量的电子、正电子和质子.当 这些粒子从上部垂直进入磁场时，下列说法正确的是() 乂 X §XX X X X X X XX XX X E X r x液体流量Q=Sv= U JI dU矿"IPX X aX XA.电子与正电子的偏转方向一定不同B.电子与正电子在磁场屮运动轨迹的半径一定相同C.仅依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子D.粒子的动能越大，它在磁场中运动轨迹的半径越小解析：选AC.电子、正电子和质子垂直进入磁场时，所受的重力均可忽略，受到的洛伦兹力方向与其电性有关，由左手定则可知A正确；由轨迹半径R= 諦,若电子与正电子进入磁场时的速度不同，则其运动的轨迹半径也不相同，故B错误；由斤=磊=乜诈知［）错误；因为质子和正电子的速度未知，半径关系不确定，故依据粒子运动轨迹无法判断该粒子是质子还是正电子，C正确.回旋加速器和质谱仪要点讲解1.质谱仪的主要特征将质量数不等，电荷数相等的带电粒子经同一电场加速后进入偏转磁场.各粒子由于轨道半径不同而分离，其轨道半径字兮、^孚在上式屮，B、U、g对同一元素均为常量，故十心,根据不同的半径，就可计算出粒子的质量或比荷.2.冋旋加速器的主要特征（1）帶电粒子在两〃形盒中回旋周期等于两盒狭缝之间高频电场的变化周期，与带电粒子的速度无关.（2）将带电粒子在两盒狭缝Z间的运动首尾连起来是一个初速度为零的匀加速直线运动.（3）带电粒子每加速一次，回旋半径就增大一次，所以各半径之比为1 ：迈：羽：…（4）粒子的最后速度警，可见带电粒子加速后的能量取决于〃形盒的最大半径和磁场的强弱.对点自测1.（多选）如图所示是医用回旋加速器的示意图，其核心部分是两个〃形金属盒，两金属盒置于匀强磁场中，并分别与高频电源相连.现分别加速氛核（狛）和氨核（；Hc）・下列说法中正确的是（）A.伉核笛I）的最大速度较大B.它们在〃形盒内运动的周期相等C.氨核（；He）的最大动能较大D.仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能解析：选BC.粒子在冋旋加速器小能达到的最大速度，取决于在最外圈做圆周运动的速度.根据qvB=n^,得v=葺,两粒子的比荷号相等，所以最大速度相等，A错误.带电粒子在磁场中运动的周期T=^,两粒子的比荷《相等，所以周期相等，B正确.最大动能qn m詁4畔两粒子的比荷纟相等，但质量不等，所以氨核最大动能大，C正确.回旋2 2m m加速器加速粒子时，粒子在磁场中运动的周期与交流电的周期相同，否则无法加速，D错误.；磁场加速电场出口2.现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定.质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场.若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一111 口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍.此离子和质子的质量比约为（）A.11B. 12C. 121D. 144解析：选D.带电粒子在加速电场中运动时，有qU=^niv ,在磁场屮偏转时，其半径r =鑰由以上两式整理得：厂=寺寸孕由于质子与一价正离子的电荷暈相同，: 3=1 : 12,当半径相等时，解得：仏=144,选项D正确.ITh3.（多选）如图所示为一种获得高能粒子的装置，环形区域内存在垂直于纸面、磁感应强度人小可调的匀强磁场（环形区域的宽度非常小）.质量为〃人电荷量为Q的带正电粒子可在环中做半径为斤的圆周运动.A.〃为两块中心开有小孔的距离很近的平行极板，原来电势均为零，每当带电粒子经过力板刚进入/〃之间时，力板电势升高到+从〃板电势仍保持为零，粒子在两板间的电场屮得到加速.每当粒子离开〃板时，昇板电势又降为零.粒子在电场屮一次次加速使得动能不断增大，而在环形区域内，通过调节磁感应强度大小可使绕行半径斤不变.已知极板I'可距远小于斤，则下列说法正确的是（）A.环形区域内匀强磁场的磁场方向垂直于纸面向里B.粒子从/板小孔处由静止开始在电场力作用下加速，绕行川圈后回到力板时获得的总动能为NqUC.粒子在绕行的整个过程中，力板电势变化周期不变D.粒子绕行第川圈时，环形区域内匀强磁场的磁感应强度为召寸晋解析：选BD.由题意知粒子在轨道内做顺时针圆周运动，根据左手定则可判断匀强磁场的磁场方向垂直于纸而向外，所以A错误；由于粒子在做圆周运动的过程中洛伦兹力不做功, 在血/板间电场力做功AqU；所以粒子绕行川圈后回到力板时获得的总动能为加/〃，故B 正确；由于粒子的轨道半径水不变，而粒子做圆周运动第N圈的速度为如根据网1=訥, 可得粒子圆周运动的速度增大，根据&=牛，丁=罟=2上,所以周期减小，故£板电势Bq Bq v变化周期变小，故C错误；粒子绕行第川圈时，NqU%屆所以Kv= \/警，又心雳,Q。
2021年高中物理--磁流体发电机、质谱仪、回旋加速器、霍尔元件练习题(有答案)
高中物理磁部份练习题回旋加速器例1.如图所示，粒子回旋加速器由两个D形金属盒组成，两个D形盒正中间开有一条窄缝。
两个D形盒处在匀强磁场中并接有高频交变电压，使正粒子每经过窄缝都被加速。
中心S处的粒子源产生初速度为零的正粒子，经狭缝电压加速后，进入D形盒中、已知正粒子的电荷量为q，质量为m，加速时电极间电压大小为U，磁场的磁感应强度为B，D形盒的半径为R。
每次加速的时间很短，可以忽略不计。
下列说法正确的是（ACD ）多选A,交变电压的频率为Bq2πmB.每加速一次，粒子运动的轨道半径变大，在磁场中的周期也变大C.粒子能获得的最大动能为q 2B2R2 2mD.粒子能被加速的最多次数为qB 2R22mU例2.如图所示为某回旋加速器示意图，利用回旋加速器对粒子进行加速，D形盒中的磁场的磁感应强度大小为B，加速电压为U。
忽略相对论效应和粒子在D形盒缝隙间的运动时间，下列说法中正确的是（ C ）A．粒子从磁场中获得能量B．减小D形盒半径、增大磁感应强度B，粒子获得的最大动能一定增大C．只增大加速电压U，粒子在回旋加速器中运动的时间变短D．只增大加速电压U，粒子获得的最大动能增大速度选择器和质谱仪例3.如图是质谱仪的工作原理示意图。
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B和E。
平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，平板S下方有强度为B0的匀强磁场。
下列表述正确的是（AD ）多选A．质谱仪是分析同位素的重要工具B．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里C．能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于B/ED．粒子打在胶片上的位置离狭缝P越远，粒子的荷质比越小例4.如图所示是质谱仪的工作原理示意图.带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器.速度选择器内有相互正交的匀强磁场和匀强电场，磁场的磁感应强度为B、电场的电场强度为E，平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2，其中OP与速度选择器的极板平行.平板S下方有磁感应强度大小为B0的匀强磁场，方向垂直于纸面向外.若通过狭缝P的粒子最终打在胶片A1A2上的D点，且PD=L，不计带电粒子所受的重力及粒子间的相互作用力，下列表述正确的是（ BC ）A．速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向里B．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于EBC．该粒子的比荷qm =2EBB0LD．若改变加速电场的电压U，通过狭缝P的粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷就越小例5.某一质谱仪原理如图所示，区域Ⅰ为粒子加速器，加速电压为U1；区域Ⅱ为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B1，板间距离为d ；区域Ⅲ为偏转分离器，磁感应强度为B2。
高考物理最新模拟题精选训练磁场专题05质谱仪与回旋加速器含解析
专题05 质谱仪与回旋加速器1．（2017武汉武昌模拟）回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的D形金属盒，把它们放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面向下。
连接好高频交流电源后，两盒间的窄缝中能形成匀强电场，带电粒子在磁场中做圆周运动，每次通过两盒间的窄缝时都能被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置引出。
如果用同一回旋加速器分别加速氚核(13H)和α粒子(24He)，比较它们所需要的高频交流电源的周期和引出时的最大动能，下列说法正确的是A．加速氚核的交流电源的周期较大；氚核获得的动能较大B．加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的动能较大C．加速氚核的交流电源的周期较大；氚核获得的动能较小D．加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的动能较小【参考答案】C．【命题意图】本题考查回旋加速器、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动、周期、动能及其相关的知识点。
【解题思路】由于氚核的比荷q/m小于α粒子的比荷，由带电粒子在匀强磁场中运动的周期公式T=2m qB可知加速氚核的交流电源的周期较大。
粒子通过回旋加速器获得的最大速度v=qBRm，动能E k=12mv2=2222q B Rm，将氚核和α粒子的电荷量q和质量m代入比较可知，α粒子获得的动能较大，选项C正确。
2．(2017云贵川百校大联考)图甲是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒均置于匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连．带电粒子在磁场中运动的动能E k随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列说法正确的是（）A．（t2﹣t1）=（t3﹣t2）=…（t n﹣t n﹣1）B．高频交流电源的变化周期随粒子速度的增大而减小C．要使得粒子获得的最大动能增大，可以减小粒子的比荷D．要使得粒子获得的最大动能增大，可以增大匀强磁场的磁感应强度【参考答案】AD．3.（2016济南模拟）质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示。
高二物理质谱仪和回旋加速器试题答案及解析
高二物理质谱仪和回旋加速器试题答案及解析1.质谱仪的两大重要组成部分是加速电场和偏转磁场。
如图所示为质谱仪的原理图，设想有一个静止的质量为m、带电量为q的带电粒子（不计重力），经电压为U的加速电场加速后垂直进入磁感应强度为B的偏转磁场中，带电粒子打至底片上的P点，设OP=x，则在图中能正确反映x 与U之间的函数关系的是（）【答案】B【解析】试题分析:电子在加速电场中：根据动能定理得qU=，得到v==；电子进入磁场过程：由evB=，电子的轨迹半径为r==， x=2r=，可见x∝，故B正确，A、C、D错误【考点】质谱仪的工作原理2.回旋加速器是加速带电粒子的装置．其核心部分是分别与高频交流电源两极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是()A．减小磁场的磁感应强度B．增大匀强电场间的加速电压C．增大D形金属盒的半径D．减小狭缝间的距离【答案】C【解析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，速度达最大时，粒子运动的半径与D型盒半径相等，由圆周运动规律有：,，则，可见要增大粒子射出时的动能，可增大磁场的磁感应强度或增大D形盒的半径，与加速电压无关，故C正确；【考点】考查了回旋加速器原理3.回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分别与高频交流电极相连接的两个D形金属盒，两盒间的狭缝中形成的周期性变化的电场，使粒子在通过狭缝时都能得到加速，两D形金属盒处于垂直于盒底的匀强磁场中，如图所示，要增大某一带电粒子射出时的动能，则下列说法中正确的是( )A．增大匀强电场间的加速电压B．增大磁场的磁感应强度C．减小狭缝间的距离D．增大D形金属盒的半径【答案】BD【解析】设D形盒的半径为R，则粒子可能获得的最大速度由解得带电粒子做匀速圆周运动的轨道半径得粒子可能获得的最大动能Ekm=,由此式得选项BD正确。
高考物理速度选择器和回旋加速器模拟试题及解析
高考物理速度选择器和回旋加速器模拟试题及解析一、速度选择器和回旋加速器1．质谱仪最初由汤姆孙的学生阿斯顿设计的，他用质谱仪发现了氖20和氖22，证实了同位素的存在．现在质谱仪已经是一种十分精密的仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具．如右图所示是一简化了的质谱仪原理图．边长为L 的正方形区域abcd 内有相互正交的匀强电场和匀强磁场，电场强度大小为E ，方向竖直向下，磁感应强度大小为B ，方向垂直纸面向里．有一束带电粒子从ad 边的中点O 以某一速度沿水平方向向右射入，恰好沿直线运动从bc 边的中点e 射出（不计粒子间的相互作用力及粒子的重力），撤去磁场后带电粒子束以相同的速度重做实验，发现带电粒子从b 点射出，问： （1）带电粒子带何种电性的电荷?（2）带电粒子的比荷（即电荷量的数值和质量的比值qm）多大? （3）撤去电场后带电粒子束以相同的速度重做实验，则带电粒子将从哪一位置离开磁场，在磁场中运动的时间多少?【答案】（1）负电（2）2q E m B L =（3）从dc 边距离d 点距离为32L 处射出磁场；3BL Eπ【解析】 【详解】（1）正电荷所受电场力与电场强度方向相同，负电荷所受电场力与电场强度方向相反，粒子向上偏转，可知粒子带负电； （2）根据平衡条件：qE =qv 0B得：0Ev B=撤去磁场后，粒子做类平抛运动，则有：x =v 0t =L2 212qE Ly t m ==得：2 q E m B L= （3）撤去电场后带电粒子束在磁场中做匀速圆周运动，则：200v qv B m r= 得：mv r L qB== 粒子从dc 边射出磁场，设粒子射出磁场距离d 点的距离为x ，根据几何关系：2222L x r r +-=（）r=L得：x L =所以13θπ=23BL t T Eθππ== 答：（1）带电粒子带负电； （2）带电粒子的比荷2qEm B L=； （3）撤去电场后带电粒子束以相同的速度重做实验，则带电粒子将从dc 边距离d 点x L =处离开磁场，在磁场中运动的时间3BL t E =π．2．边长L ＝0.20ｍ的正方形区域内存在匀强磁场和匀强电场，其电场强度为E ＝1×104V/m ，磁感强度B ＝0.05T ，磁场方向垂直纸面向里，当一束质荷比为mq＝5×10-8kg/C 的正离子流，以一定的速度从电磁场的正方形区域的边界中点射入，离子流穿过电磁场区域而不发生偏转，如右图所示，不计正离子的重力，求： （1）电场强度的方向和离子流的速度大小（2）在离电磁场区域右边界D=0.4m 处有与边界平行的平直荧光屏．若撤去电场，离子流击中屏上a 点；若撤去磁场，离子流击中屏上b 点，则ab 间的距离是多少？．【答案】（1）竖直向下；52s 10m /⨯（2）1.34m 【解析】 【详解】（1）正离子经过正交场时竖直方向平衡，因洛伦兹力向上，可知电场力向下，则电场方向竖直向下； 由受力平衡得qE qvB =离子流的速度5210m /s Ev B==⨯ （2）撤去电场，离子在磁场中做匀速圆周运动，所需向心力由洛伦兹力提供，则有2v qvB m r=故0.2m mvr qB== 离子离开磁场后做匀速直线运动，作出离子的运动轨迹如图一所示图一由几何关系可得，圆心角60θ=︒1sin (0.60.13)m x L D R θ=+-=- 11tan (0.630.3)m=0.74m y x θ==若撤去磁场，离子在电场中做类平抛运动，离开电场后做匀速直线运动，运动轨迹如图二所示图二通过电场的时间6110Lt s v-==⨯ 加速度11210m /s qEa m==⨯ 在电场中的偏移量210.1m 2y at == 粒子恰好从电场右下角穿出电场，则tan 1y xv v α==由几何关系得20.4m y =a 和b 的距离()120.63-0.30.40.2m ab y y y L =++=++=1.34m3．如图所示为一速度选择器，也称为滤速器的原理图．K 为电子枪，由枪中沿KA 方向射出的电子，速度大小不一．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S ．设产生匀强电场的平行板间的电压为300 V ，间距为5 cm ，垂直纸面的匀强磁场的磁感应强度为0．06 T ，问：（1）磁场的方向应该垂直纸面向里还是垂直纸面向外？ （2）速度为多大的电子才能通过小孔S?【答案】（1）磁场方向垂直纸面向里（2）1×105m/s 【解析】 【分析】 【详解】（1）由题图可知，平行板产生的电场强度E 方向向下．带负电的电子受到的静电力F E ＝eE ，方向向上．若没有磁场，电子束将向上偏转，为了使电子能够穿过小孔S ，所加的磁场施于电子束的洛伦兹力必须是向下的，根据左手定则分析得出，B 的方向垂直于纸面向里．（2）能够通过小孔的电子，其速率满足evB ＝eE 解得：v ＝E B 又因为E ＝U d所以v ＝UBd＝1×105m/s 即只有速率为1×105m/s 的电子才可以通过小孔S4．如图所示，水平放置的平行板电容器上极板带正电，下极板带负电，两板间存在场强为 E 的匀强电场和垂直纸面向里的磁感应强度为 B 匀强磁场.现有大量带电粒子沿中线 OO ′ 射入，所有粒子都恰好沿 OO ′ 做直线运动.若仅将与极板垂直的虚线 MN 右侧的磁场去掉，则其中比荷为qm的粒子恰好自下极板的右边缘P 点离开电容器.已知电容器两板间的距离为23mEqB ，带电粒子的重力不计。
《4. 质谱仪与回旋加速器》(同步训练)高中物理选择性必修 第二册_人教版_2024-2025学年
《4. 质谱仪与回旋加速器》同步训练(答案在后面)一、单项选择题（本大题有7小题，每小题4分，共28分）1、质谱仪是用于分析带电粒子的质量和电荷的重要仪器。
质谱仪利用的是带电粒子在磁场中的偏转特性，根据偏转角度不同判断粒子质量。
因此，质谱仪的设计原理和关键部件主要是利用了哪种效应？A. 电磁感应B. 磁偏转C. 趋肤效应D. 光电效应2、在回旋加速器中，粒子的最终动能主要取决于加速器的哪个参数？A. 交流电场的周期B. 交流电场的频率C. 磁场的强度D. 电极间的距离3、下列关于质谱仪的说法正确的是：A. 质谱仪通过磁场对离子进行偏转使它们分离B. 质谱仪通过电场对离子进行偏转使它们分离C. 质谱仪可以分析同位素的比例D. 以上都不正确4、关于回旋加速器，以下哪种说法是错误的：A. 回旋加速器是利用交变电场对带电粒子进行加速B. 回旋加速器中的磁场会将带电粒子偏转向圆周运动C. 回旋加速器中粒子的最大能量与其交变电场的强度成正比D. 回旋加速器无法实现高速带电粒子的束流输出5、题干：质谱仪是一种用于分析物质成分的仪器，其基本原理是利用电场和磁场使不同质量的带电粒子在运动过程中发生偏转，从而达到分离和检测的目的。
以下关于质谱仪的说法正确的是：A. 质谱仪只能用于分析固态物质B. 质谱仪的分辨率越高，说明它能够分离的质量数范围越小C. 质谱仪的灵敏度越高，表示它可以检测到质量数越小的粒子D. 在质谱仪中，带正电的粒子在磁场中的偏转半径与粒子的速度成正比6、题干：回旋加速器是一种利用磁场和电场使带电粒子在螺旋路径上加速的装置。
以下关于回旋加速器的说法正确的是：A. 回旋加速器只能加速质子B. 在回旋加速器中，粒子的最大动能与加速电压成正比C. 回旋加速器中的磁场强度越大，粒子的最大速度越大D. 回旋加速器中的磁场方向与电场方向相互垂直7、质谱仪利用磁场对粒子进行分离时，下列说法正确的是（）。
A、带电粒子的速度越大，其偏转角度越大B、带电粒子的电荷量越大，其偏转角度越大C、带电粒子的质量越大，其偏转角度越大D、带电粒子的比荷 (q/m) 越大，其偏转角度越大二、多项选择题（本大题有3小题，每小题6分，共18分）1、以下哪些粒子可以通过质谱仪进行检测？（）A. 电子B. 中子C. 质子D. 轻原子E. 重原子2、以下关于回旋加速器的描述，正确的是？（）A. 回旋加速器可以用来加速带电粒子B. 回旋加速器利用恒定的磁场和交变的电场来加速带电粒子C. 在回旋加速器中，带电粒子的轨道半径随着速度增加而减小D. 回旋加速器可以通过调节外部磁场的大小来控制带电粒子的速度3、以下哪些说法关于回旋加速器是正确的？A. 回旋加速器利用磁场使带电粒子做圆周运动。
高三物理质谱仪和回旋加速器试题答案及解析
高三物理质谱仪和回旋加速器试题答案及解析1.回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，如图所示．它的核心部分是两个D形金属盒，两盒相距很近，分别和高频交流电源相连接，两盒间的窄缝中形成匀强电场，使带电粒子每次通过窄缝都得到加速．两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，带电粒子在磁场中做圆周运动，通过两盒间的窄缝时反复被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置被引出．如果用同一回旋加速器分别加速氚核（）和α粒子（）比较它们所加的高频交流电源的周期和获得的最大动能的大小，有A．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能也较大B．加速氚核的交流电源的周期较大，氚核获得的最大动能较小C．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能也较小D．加速氚核的交流电源的周期较小，氚核获得的最大动能较大【答案】 B【解析】回旋加速器是通过电场进行加速，磁场进行偏转来加速带电粒子．带电粒子在磁场中运动的周期与交流电源的周期相同，根据，比较周期．当粒子最后离开回旋加速器时的速度最大，根据，求出粒子的最大速度，从而得出最大动能的大小关系．带电粒子在磁场中运动的周期与交流电源的周期相同，根据，知氚核（13H）的质量与电量的比值大于α粒子（24He），所以氚核在磁场中运动的周期大，则加速氚核的交流电源的周期较大．根据得，最大速度，则最大动能，氚核的质量是α粒子的倍，氚核的电量是倍，则氚核的最大动能是α粒子的倍，即氚核的最大动能较小．故B正确，A、C、D错误．2.（10分）回旋加速器是用来加速带电粒子的装置，图中为回旋加速器的示意图。
D1、D2是两个中空的铝制半圆形金属扁盒，在两个D形盒正中间开有一条狭缝，两个D形盒接在高频交流电源上。
在D1盒中心A处有粒子源，产生的带正电粒子在两盒之间被电场加速后进入D2盒中。
两个D形盒处于与盒面垂直的匀强磁场中，带电粒子在磁场力的作用下做匀速圆周运动，经过半个圆周后，再次到达两盒间的狭缝，控制交流电源电压的周期，保证带电粒子经过狭缝时再次被加速。
2023北京高三二模物理汇编：质谱仪与回旋加速器
2023北京高三二模物理汇编质谱仪与回旋加速器一、单选题1．（2023·北京西城·统考二模）如图所示，速度选择器的两平行导体板之间有方向互相垂直的匀强电场和匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。
一电荷量为＋q的粒子以速度v从S点进入速度选择器后，恰能沿图中虚线通过。
不计粒子重力，下列说法可能正确的是（）A．电荷量为-q的粒子以速度v从S点进入后将向下偏转B．电荷量为＋2q的粒子以速度v从S点进入后将做类似平抛的运动C．电荷量为＋q的粒子以大于v的速度从S点进入后动能将逐渐增大D．电荷量为-q的粒子以大于v的速度从S点进入后动能将逐渐减小2．（2023·北京东城·统考二模）回旋加速器的工作原理如图所示，D1和D2是两个中空的半圆金属盒，它们之间有电势差。
两个半圆盒处于与盒面垂直的匀强磁场中。
中央A处的粒子源可以产生粒子，粒子在两盒之间被电场加速，进入磁场后做匀速圆周运动。
粒子离开A处时的速度、在电场中的加速时间以及粒子的重力均可忽略不计。
不考虑粒子间的相互作用及相对论效应。
下列说法正确的是（）A．电势差一定时，磁感应强度越大，粒子离开加速器时的动能越小B．电势差一定时，磁感应强度越大，粒子在加速器中的运动时间越长C．磁感应强度一定时，电势差越大，粒子离开加速器时的动能越大D．磁感应强度一定时，电势差越大，粒子在加速器中的运动时间越长3．（2023·北京海淀·统考二模）如图所示，一块长为a、宽为b、高为c的长方体半导体器件，其内载流子 方向通有恒定电流I。
在空间中施加一个磁感应强度为B、方向沿-x方向的匀强磁场，数密度为n，沿y半导体上、下表面之间产生稳定的电势差U，下列说法正确的是（）A．若载流子为负电荷，则上表面电势高于下表面电势A．两种粒子的动能不相同6．（2023·北京昌平·统考二模）现代科学研究中常用到高能粒子，产生这些高能粒子的“工厂”就是各种各qE qvB错误；点进入后，向下的电场力为=2qEqE qvB=nqSv，半导体的通电流方向的横截面积为=db。
2023北京高三一模物理汇编：质谱仪与回旋加速器
2023北京高三一模物理汇编质谱仪与回旋加速器一、单选题1．（2023·北京延庆·统考一模）利用霍尔元件可以进行微小位移的测量．如图甲所示，将固定有霍尔元件的物体置于两块磁性强弱相同、同极相对放置的磁体缝隙中，建立如图乙所示的空间坐标系．保持沿x方向通过霍尔元件的电流I不变，当物体沿z轴方向移动时，由于不同位置处磁感应强度B不同，霍尔元件U．当霍尔元件处于中间位置时，磁感应强度B为0，将在y轴方向的上、下表面间产生不同的霍尔电压HU为0，将该点作为位移的零点．在小范围内，磁感应强度B的大小和坐标z成正比，这样就可以把电压H表改装成测量物体微小位移的仪表．下列说法中正确的是（）U的大小和坐标z成反比A．在小范围内，霍尔电压HB．测量某一位移时，只减小霍尔元件在y轴方向的尺寸，测量结果将偏大U越小C．其他条件相同的情况下，霍尔元件沿z轴方向的长度越小，霍尔电压Hz D．若霍尔元件中导电的载流子为电子，若测出霍尔元件的下表面电势高，说明元件的位置坐标0 2．（2023·北京东城·统考一模）工业上常用电磁流量计来测量高黏度及强腐蚀性流体的流量Q（单位时间内流过管道横截面的液体体积），原理如图甲所示，在非磁性材料做成的圆管处加一磁感应强度大小为B的匀强磁场，当导电液体流过此磁场区域时，测出管壁上下M、N两点间的电势差U，就可计算出管中液体的流量。
为了测量某工厂的污水排放量，技术人员在充满污水的排污管末端安装了一个电磁流量计，如图乙所示，已知排污管和电磁流量计处的管道直径分别为20cm和10cm。
当流经电磁流量计的液体速度为10m/s时，其流量约为2803m/h，若某段时间内通过电磁流量计的流量为703m/h，则在这段时间内（）A．M点的电势一定低于N点的电势B．通过排污管的污水流量约为1403m/hC．排污管内污水的速度约为2.5m/sD ．电势差U 与磁感应强度B 之比约为0.252m /s3．（2023·北京丰台·统考一模）在如图所示的电路中，开关S 闭合。
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专题05 质谱仪与回旋加速器
1．（2017武汉武昌模拟）回旋加速器的核心部分是真空室中的两个相距很近的D形金属盒，把它们放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒面向下。
连接好高频交流电源后，两盒间的窄缝中能形成匀强电场，带电粒子在磁场中做圆周运动，每次通过两盒间的窄缝时都能被加速，直到达到最大圆周半径时通过特殊装置引出。
如果用同一回旋加速器分别加速氚核(13H)和α粒子(24He)，比较它们所需要的高频交流电源的周期和引出时的最大动能，下列说法正确的是
A．加速氚核的交流电源的周期较大；氚核获得的动能较大
B．加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的动能较大
C．加速氚核的交流电源的周期较大；氚核获得的动能较小
D．加速氚核的交流电源的周期较小；氚核获得的动能较小
【参考答案】C．
【命题意图】本题考查回旋加速器、带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动、周期、动能及其相关的知识点。
【解题思路】由于氚核的比荷q/m小于α粒子的比荷，由带电粒子在匀强磁场中运动的周期公式T=2m qB
可
知加速氚核的交流电源的周期较大。
粒子通过回旋加速器获得的最大速度v=qBR
m
，动能
E k=1
2
mv2=
222
2
q B R
m
，将氚核和α粒子的电荷量q和质量m代入比较可知，α粒子获得的动能较大，选项C
正确。
2．(2017云贵川百校大联考)图甲是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个D形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒均置于匀强磁场中，并分别与高频交流电源两极相连．带电粒子在磁场中运动的动能E k随时间t的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列说法正确的是（）
A．（t2﹣t1）=（t3﹣t2）=…（t n﹣t n﹣1）
B．高频交流电源的变化周期随粒子速度的增大而减小
C．要使得粒子获得的最大动能增大，可以减小粒子的比荷
D．要使得粒子获得的最大动能增大，可以增大匀强磁场的磁感应强度
【参考答案】AD．
3.（2016济南模拟）质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如图所示。
粒子源S发出两种带正电的同位素粒子甲和乙，两种粒子从S出来时速度很小，可忽略不计，粒子经过加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场(图中线框所示)，最终打到照相底片上。
测得甲、乙两种粒子打在照相底片上的点到入口的距离之比为5︰4，则它们在磁场中运动的时间之比是
A．5︰4 B．4︰5
C．25︰16 D．16︰25
【参考答案】. C
【命题意图】本题考查了质谱仪、洛伦兹力和带电粒子在匀强磁场中的运动、动能定理及其相关的知识点。
4．(2016湖北部分重点中学联考)物理课堂教学中的洛伦兹力演示仪由励磁线圈、玻璃泡、电子枪等部分组成。
励磁线圈是一对彼此平行的共轴的圆形线圈，它能够在两线圈之间产生匀强磁场。
玻璃泡内充有稀薄的气体，电子枪在加速电压下发射电子，电子束通过泡内气体时能够显示出电子运动的径迹。
若电子枪垂直磁场方向发射电子，给励磁线圈通电后，能看到电子束的径迹呈圆形。
若只增大电子枪的加速电压或励磁线圈中的电流，下列说法正确的是( )
A．增大电子枪的加速电压，电子束的轨道半径变大
B．增大电子枪的加速电压，电子束的轨道半径不变
C．增大励磁线圈中的电流，电子束的轨道半径变小
D．增大励磁线圈中的电流，电子束的轨道半径不变
【参考答案】AC
【名师解析】：若只增大电子枪的加速电压，电子速度增大，由R=mv/qB可知，电子束的轨道半径变大，选项A正确B错误。
若只增大励磁线圈中的电流，磁感应强度增大，由R=mv/qB可知，电子束的轨道半径变小，选项C正确D错误。
5. (2016·北京东城区模拟)如图所示，一束质量、速度和电荷量不全相等的离子，经过由正交的匀强电场和匀强磁场组成的速度选择器后，进入另一个匀强磁场中并分裂为A、B两束，下列说法中正确的是( )
A.组成A 束和B 束的离子都带负电
B.组成A 束和B 束的离子质量一定不同
C.A 束离子的比荷大于B 束离子的比荷
D.速度选择器中的磁场方向垂直于纸面向外
【参考答案】 C
6.(2016洛阳联考)如图所示为“用质谱仪测定带电粒子质量”的装置示意图。
速度选择器中场强E 的方向竖直向下，磁感应强度B 1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B 2的方向垂直纸面向外。
在S 处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E 和B 1入射到速度选择器中，若它们的质量关系满足丁丙乙甲m m m m =<=，速度关系满足丁丙乙甲v v v v <=<，它们的重力均可忽略，则打在P 1、P 2、P 3、P 4四点的离子分别是
A ．甲丁乙丙
B ．乙甲丙丁
C ．丙丁乙甲
D ．丁甲丙乙
【参考答案】A
7.如图所示，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场(磁感应强度为B )和匀强电场(电场强度为E )组成的速度选择器，然后粒子通过平板S 上的狭缝P 进入另一匀强磁场(磁感应强度为B ′)，最终打在A 1A 2上，下列表述正确的是( )
A.粒子带负电
B.所有打在A 1A 2上的粒子，在磁感应强度为B ′的磁场中的运动时间都相同
C.能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于E B
D.粒子打在A 1A 2的位置越靠近P ，粒子的比荷q
m
越大 【参考答案】CD
【名师解析】
根据粒子在磁感应强度为B ′的磁场中的运动轨迹可判断粒子带正电，A 错误；带电粒子在速度选择器中做匀速直线运动，则电场力与洛伦兹力等大反向，Eq ＝Bqv ，可得v ＝E B ，C 正确；由洛伦兹力充当粒子做圆周运动的向心力可得r ＝mv Bq ，则q m ＝v Br
，越靠近P ，r 越小，粒子的比荷越大，D 正确；所有打在A 1A 2上的粒
子在磁感应强度为B ′的磁场中都只运动半个周期，周期T ＝2πm B ′q
，比荷不同，打在A 1A 2上的粒子在磁感应强度为B ′的磁场中的运动时间不同，B 错误。
8.回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图7所示。
D 1和D 2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U 、周期为T 的交流电源上。
位于D 1圆心处的质子源A 能不断
产生质子(初速度可以忽略)，它们在两盒之间被电场加速。
当质子被加速到最大动能E k后，再将它们引出。
忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是( )
A.若只增大交变电压U，则质子的最大动能E k会变大
B.若只增大交变电压U，则质子在回旋加速器中运行的时间会变短
C.若只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子
D.质子第n次被加速前、后的轨道半径之比为n－1∶n
【参考答案】BD
9． (多选)劳伦斯和利文斯设计出回旋加速器，工作原理示意图如图所示。
置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可忽略。
磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直，高频交流电频率为f，加速电压为U。
若A处粒子源产生的质子的质量为m、电荷量为＋q，在加速器中被加速，且加速过程中不考虑相对论效应和重力的影响。
则下列说法正确的是( )
A.质子被加速后的最大速度不可能超过2πRf
B.质子离开回旋加速器时的最大动能与加速电压U成正比
C.质子第2次和第1次经过两D 形盒间狭缝后轨道半径之比为2∶1
D.不改变磁感应强度B 和交流电频率f ，该回旋加速器的最大动能不变
【参考答案】 AC
10.(2016·陕西西安八校联考)如图12甲是回旋加速器的原理示意图，其核心部分是两个D 形金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中(磁感应强度大小恒定)，并分别与高频电源相连，加速时某带电粒子的动能E k 随时间t 的变化规律如图乙所示，若忽略带电粒子在电场中的加速时间，则下列判断正确的是( )
A.高频电源的变化周期应该等于t n －t n －1
B.在E k －t 图象中t 4－t 3＝t 3－t 2＝t 2－t 1
C.粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大
D.不同粒子获得的最大动能都相同
【参考答案】 B
【名师解析】 回旋加速器所加高频电源的频率与带电粒子在磁场中运动的频率相同，在一个周期内，带电粒子两次通过匀强电场而加速，故高频电源的变化周期为t n －t n －2，A 项错；带电粒子在匀强磁场中的运动周期与粒子速度无关，故B 项正确；粒子加速到做圆周运动的半径等于加速器半径时，速度达到最大，
即：qv max B ＝m v 2max R ⇒E kmax ＝B 2q 2R 2
2m
，与加速次数无关，C 项错误；不同粒子的比荷不同，最大动能也不一定相同，D 项错。