回旋加速器(答案)

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高中物理速度选择器和回旋加速器压轴难题复习题及答案解析

高中物理速度选择器和回旋加速器压轴难题复习题及答案解析一、高中物理解题方法：速度选择器和回旋加速器1．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。

（1）求下极板上 N 、P 两点间的距离；（2）若仅将虚线 MN 右侧的电场去掉，保留磁场，另一种比荷的粒子也恰好自P 点离开，求这种粒子的比荷。

【答案】（1）3mEx =2）'4'7q q m m = 【解析】【分析】（1）粒子自 O 点射入到虚线MN 的过程中做匀速直线运动，将MN 右侧磁场去掉，粒子在MN 右侧的匀强电场中做类平抛运动，根据类平抛运动的的规律求解下极板上 N 、P 两点间的距离；（2）仅将虚线 MN 右侧的电场去掉，粒子在 MN 右侧的匀强磁场中做匀速圆周运动，根据几何关系求解圆周运动的半径，然后根据2''m v q vB R= 求解比荷。

【详解】（1）粒子自 O 点射入到虚线MN 的过程中做匀速直线运动， qEqvB粒子过 MN 时的速度大小 E v B=仅将MN 右侧磁场去掉，粒子在MN 右侧的匀强电场中做类平抛运动，沿电场方向：22322mE qE t qB m= 垂直于电场方向：x vt =由以上各式计算得出下极板上N 、 P 两点间的距离3mEx =（2）仅将虚线MN右侧的电场去掉，粒子在MN 右侧的匀强磁场中做匀速圆周运动，设经过P点的粒子的比荷为' ' q m，其做匀速圆周运动的半径为R，由几何关系得：22223()2mER x RqB=+-解得274mERqB=又2''m vq vBR=得比荷'4'7q qm m=2．某速度选择器结构如图所示，三块平行金属板Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ水平放置，它们之间距离均为d，三金属板上小孔O1、O2、O3在同一竖直线上，Ⅰ、Ⅱ间有竖直方向匀强电场E1，Ⅱ、Ⅲ间有水平向左电场强度为E2的匀强电场及垂直于纸面向里磁感应强度为B2的匀强磁场．一质子由金属板I上端O1点静止释放，经电场E1加速，经过O2进入E2、B2的复合场中，最终从Ⅲ的下端O3射出，已知质子带电量为e，质量为m．则A．O3处出射时粒子速度为222EvB=B．Ⅰ、Ⅱ两板间电压2122mEUeB=C．粒子通过Ⅰ、Ⅱ金属板和Ⅱ、Ⅲ金属板的时间之比为1︰1D．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qE2=B2qv解得：v=22E B故A 正确；B ．质子在Ⅰ、Ⅱ两板间，在电场力作用下，做匀加速直线运动，根据动能定理，即为qU 1=12mv 2，而质子以相同的速度进入Ⅱ、Ⅲ金属板做匀速直线运动，则有v =22 E B ，那么Ⅰ、Ⅱ两板间电压U 1=2222 2mE eB 故B 正确；C ．粒子通过Ⅰ、Ⅱ金属板做匀加速直线运动，而在Ⅱ、Ⅲ金属板做匀速直线运动，依据运动学公式，即有d =102vt +⋅ 而d =vt 2，那么它们的时间之比为2：1，故C 错误； D ．若将质子换成α粒子，根据qU 1=12mv 2 导致粒子的比荷发生变化，从而影响α粒子在Ⅱ、Ⅲ金属板做匀速直线运动，因此α粒子不能从O 3射出，故D 错误；故选AB ．【点睛】考查粒子在复合场中做直线运动时，一定是匀速直线运动，并掌握动能定理与运动学公式的应用，注意粒子何时匀加速直线运动与匀速直线运动是解题的关键．3．回旋加速器D 形盒中央为质子流，D 形盒的交流电压为U ＝2×104V ，静止质子经电场加速后，进入D 形盒，其最大轨道半径R ＝1m ，磁场的磁感应强度B ＝0.5T ，质子的质量为1.67×10－27kg ，电量为1.6×10－19C ，问： (1)质子最初进入D 形盒的动能多大？ (2)质子经回旋加速器最后得到的动能多大？ (3)交流电源的频率是多少？【答案】(1)153.210J -⨯； (2)121.910J -⨯； (3)67.610Hz ⨯. 【解析】【分析】【详解】(1)粒子在第一次进入电场中被加速，则质子最初进入D 形盒的动能411195210 1.610J 3.210J k E Uq -==⨯=⨯⨯⨯－(2)根据2v qvB m R=得粒子出D 形盒时的速度为m qBRv m=则粒子出D 形盒时的动能为22219222212271 1.610051J 1.910J (22211).670km m q B R E mv m ---⨯⨯⨯====⨯⨯⨯． (3) 粒子在磁场中运行周期为2mT qBπ=因一直处于加速状态，则粒子在磁场中运动的周期与交流电源的周期相同，即为2mT qBπ=那么交变电源的频率为196271.6100.5Hz 7.610Hz 22 3.14 1.6710qB f m π--⨯⨯===⨯⨯⨯⨯4．如图所示为回旋加速器的结构示意图，匀强磁场的方向垂直于半圆型且中空的金属盒D 1和D 2，磁感应强度为B ，金属盒的半径为R ，两盒之间有一狭缝，其间距为d ，且R ≫d ，两盒间电压为U 。

高考物理速度选择器和回旋加速器题20套(带答案)

高考物理速度选择器和回旋加速器题20套(带答案)一、速度选择器和回旋加速器1．图中左边有一对水平放置的平行金属板，两板相距为d ，电压为U 0，两板之间有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B 0．图中右边有一半径为R 的圆形匀强磁场区域，磁感应强度大小为B 1，方向垂直于纸面朝外．一束离子垂直磁场沿如图路径穿出，并沿直径MN 方向射入磁场区域，最后从圆形区域边界上的P 点射出，已知图中θ=60o ，不计重力，求（1）离子到达M 点时速度的大小；（2）离子的电性及比荷q m．【答案】（1）00U dB （2）00133U dB B R【解析】（1）离子在平行金属板之间做匀速直线运动，由平衡条件得：qvB 0=qE 0 已知电场强度：00U E d= 联立解得：0U v dB =（2）根据左手定则，离子束带负电离子在圆形磁场区域做匀速圆周运动，轨迹如图所示：由牛顿第二定律得：21mv qvB r= 由几何关系得：3r R =0133Uqm dB B R=点睛：在复合场中做匀速直线运动，这是速度选择器的原理，由平衡条件就能得到进入复合场的速度．在圆形磁场区域内根据偏转角求出离子做匀速圆周运动的半径，从而求出离子的比荷，要注意的是离开磁场时是背向磁场区域圆心的．2．如图所示，一束质量为m、电荷量为q的粒子，恰好沿直线从两带电平行板正中间通过，沿圆心方向进入右侧圆形匀强磁场区域，粒子经过圆形磁场区域后，其运动方向与入射方向的夹角为θ(弧度)．已知粒子的初速度为v0，两平行板间与右侧圆形区域内的磁场的磁感应强度大小均为B，方向均垂直纸面向内，两平行板间距为d，不计空气阻力及粒子重力的影响，求：(1)两平行板间的电势差U；(2)粒子在圆形磁场区域中运动的时间t；(3)圆形磁场区域的半径R．【答案】(1)U=Bv0d；（2）mqBθ；（3）R=0tan2mvqBθ【解析】【分析】（1）由粒子在平行板间做直线运动可知洛伦兹力和电场力平衡，可得两平行板间的电势差．（2）在圆形磁场区域中，洛伦兹力提供向心力，找到转过的角度和周期的关系可得粒子在圆形磁场区域中运动的时间．（3）)由几何关系求半径R．【详解】(1)由粒子在平行板间做直线运动可知，Bv0q=qE，平行板间的电场强度E=Ud，解得两平行板间的电势差：U=Bv0d(2)在圆形磁场区域中，由洛伦兹力提供向心力可知：Bv0q=m2vr同时有T=2rvπ粒子在圆形磁场区域中运动的时间t=2θπT解得t=m Bq θ(3)由几何关系可知：r tan2θ=R解得圆形磁场区域的半径R=0tan2mvqBθ3．如图所示为质谱仪的原理图，A为粒子加速器，电压为1U，B为速度选择器，其内部匀强磁场与电场正交，磁感应强度为1B，左右两板间距离为d，C为偏转分离器，内部匀强磁场的磁感应强度为2B，今有一质量为m，电量为q且初速为0的带电粒子经加速器A 加速后，沿图示路径通过速度选择器B，再进入分离器C中的匀强磁场做匀速圆周运动，不计带电粒子的重力，试分析：（1）粒子带何种电荷；（2）粒子经加速器A加速后所获得的速度v；（3）速度选择器的电压2U；（4）粒子在C区域中做匀速圆周运动的半径R。

2021年高考物理考点最新模拟题回旋加速器(解析版)

考点最新模拟题一．选择题1．（2018成都三模）一种改进后的回旋加速器示意如图，宽度忽略不计的窄缝A、C间的加速电场场强大小恒定，电场被限制在A、C间，与A、C平行的两虚线之间无电场。

带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动。

对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是A.加速电场的方向需要做周期性的变化B.加速后粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关C.带电粒子每运动一周被加速一次D.带电粒子每运动一周直径的变化量相等，即P1P2等于P2P3【参考答案】C2.（2018洛阳一模）如图为一种改进后的回旋加速器示意图，其中盒缝间的加速电场场强大小恒定，且被限制在AC板间，虚线中间不需加电场，如图所示，带电粒子从P0处以速度v0沿电场线方向射入加速电场，经加速后再进入D形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对这种改进后的回旋加速器，下列说法正确的是()A．加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸无关B．带电粒子每运动一周被加速一次C．带电粒子每运动一周P1P2等于P2P3D．加速电场方向不需要做周期性的变化【参考答案】BD【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及其相关的知识点。

【知识归纳】一般的回旋加速器，带电粒子运动一周加速两次，加速电场需要做周期性变化，加速粒子的最大速度与D形盒的尺寸有关。

3．(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】AC4.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。

高中物理速度选择器和回旋加速器专题训练答案及解析

高中物理速度选择器和回旋加速器专题训练答案及解析、速度选择器和回旋加速器1.如图所示，有一对水平放置的平行金属板，两板之间有相互垂直的匀强电场和匀强磁场，电场强度为E=200V/m，方向竖直向下；磁感应强度大小为B o=O.1T,方向垂直于纸面向里。

图中右边有一半径R为0.1m、圆心为0的圆形区域内也存在匀强磁场，磁感应强度大小为B= T,方向垂直于纸面向里。

一正离子沿平行于金属板面，从3的方向射入平行金属板之间，沿直线射出平行金属板之间的区域，并沿直径n圆形磁场区域，最后从圆形区域边界上的F点射出已知速度的偏向角0=-，不计离子重3力。

求：(1 )离子速度v的大小;(2)离子的比荷q;m(3)离子在圆形磁场区域中运动时间t。

(结果可含有根号和分式)【答案】(1) 2000m/s ; ( 2) 2X 10c/kg；6【解析】【详解】(1)离子在平行金属板之间做匀速直线运动，洛仑兹力与电场力相等，即:B o qv=qE解得：Ev 2000m/sB。

(2 )在圆形磁场区域，离子做匀速圆周运动，轨迹如图所示A点垂直于磁场CD方向射入2vBqv m 一 r由几何关系有:Rtan —2 r离子的比荷为:9 2 104 C/kgm(3)弧CF 对应圆心角为 0,离子在圆形磁场区域中运动时间 t ,解得:t10 4s62. 在图所示的平行板器件中，电场强度和磁感应强度相互垂直•具有某一水平速度的带电粒子，将沿着图中所示的虚线穿过两板间的空间而不发生偏转，具有其他速度的带电粒子将发生偏转•这种器件能把具有某一特定速度的带电粒子选择出来，叫作速度选择器•已知粒子A (重力不计)的质量为 m,带电量为+q ；两极板间距为d ；电场强度大小为 E,磁感应强度大小为 B.求：(1) 带电粒子A 从图中左端应以多大速度才能沿着图示虚线通过速度选择器？(2) 若带电粒子A 的反粒子(-q, m)从图中左端以速度 E/B 水平入射，还能沿直线从右端穿出吗？为什么？ (3) 若带电粒子A 从图中右端两极板中央以速度 E/B 水平入射，判断粒子 A 是否能沿虚线从D由洛仑兹力公式和牛顿第二定律有:左端穿出，并说明理由•若不能穿出而打在极板上•请求出粒子 A 到达极板时的动能？【答案】 ⑴E/B ⑵仍能直线从右端穿出，由 ⑴可知，选择器(B, E 给定时，与粒子的电2性、电量无关.只与速度有关(3)不可能,l mEEqd2 B 2【解析】试题分析：，电场的方向与B 的方向垂直，带电粒子进入复合场，受电场力和安培力，且二力是平衡力，即 Eq=qvB ,即可解得速度•仍能直线从右端穿出，由 ⑴可知，选择器(B, E)给定时，与粒子的电性、电量无关•只与速度有关(1) 带电粒子在电磁场中受到电场力和洛伦兹力(不计重力)，当沿虚线作匀速直线运动时，两个力平衡，即 Eq=Bqv 解得：V E B(2)仍能直线从右端穿出，由(1)可知，选择器(B, E 给定时，与粒子的电性、电量无关.只与速度有关.(3)设粒子A 在选择器的右端入射是速度大小为 v ,电场力与洛伦兹力同方向，因此不可能直线从左端穿出，一定偏向极板•设粒子打在极板上是的速度大小为v'.1 12 1 2由动能定理得：一 Eqd — mv - mv2 2 2因为E=Bv点睛：本题主要考查了从速度选择器出来的粒子电场力和洛伦兹力相等，粒子的速度相同，速度选择器只选择速度，不选择电量与电性，同时要结合功能关系分析.3. 如图所示，一对平行金属极板 a 、b 水平正对放置，极板长度为 L ,板间距为d ，极板间电压为U ,且板间存在垂直纸面向里磁感应强度为 B 的匀强磁场(图中未画出)。

【帮帮物理】人教版物理磁场回旋加速器和质谱仪专题练答案解析 (2)

－tn－1)，选项
B
错；由
r＝mv＝ qB
2mEk可知，粒子获得的最大动能决定于 D 形盒的半径，当轨道半径与 D 形盒 qB
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半径相等时就不能继续加速，故选项 C 错、D 对。
答案 AD
6．D [为使 D 形盒内的带电粒子不受外电场的影响，D 形盒应用金属材料制成，以实现静电屏蔽，A 错
9．解析根据左手定则知，磁场的方向垂直于纸面向外，选项 A 错误；根据动能定理有 qU＝1mv2，得 v 2
＝ 2qU，碘 131 进入磁场时的速率 v1＝ 2qU，选项 B 正确；由 T＝2πm得，碘 131 与碘 127 在磁场中运动
m
m1
qB
的时间差值为T1－T2＝π m1－m2 ，选项 C 错误；由 R＝mv＝1 2mU得，打到照相底片上的碘 131 与碘 127
答案 AC
4.解析由 r＝mv可知，质子经加速后的最大速度与回旋加速器的最大半径有ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，而与交变电压 U 无关， qB
故 A 错误；增大交变电压，质子加速的次数减少，所以质子在回旋加速器中的运行时间变短，B 正确；为了使
质子能在回旋加速器中加速，质子的运动周期应与交变电压的周期相同，C 错误；由 nqU＝1mv 2n以及 rn＝mvn可
r
eB B e
2 eB
A 中的粒子有初速度，则粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径发生变化，不能打在底片上的同一位置，D 错
误。
答案 AC
11．[解析] (1)设甲种离子所带电荷量为 q1、质量为 m1，在磁场中做匀速圆周运动的半径为 R1，磁场的磁感应强度大小为 B，由动能定理有
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带电粒子在电磁场中的运动(含答案)

带电粒子在电磁场中的运动1、回旋加速器是加速带电粒子的装置,其主体部分是两个D 形金属盒,两金属盒处在垂直于盒底的匀强磁场中,与高频交流电源相连接后,使粒子每次经过两盒间的狭缝时都能得到加速,如图所示。

现要增大带电粒子从回旋加速器射出时的动能,下列方法可行的是A.仅减小磁场的磁感应强度B.仅减小狭缝间的距离C.仅增大高频交流电压D.仅增大金属盒的半径2、速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后分成甲、乙两束,其运动轨迹如图所示,其中S 0A=S 0C,则下列相关说法中正确的是A.甲束粒子带正电,乙束粒子带负电B.甲束粒子的比荷大于乙束粒子的比荷C.能通过狭缝S 0的带电粒子的速率等于D.若甲、乙两束粒子的电荷量相等,则甲、乙两束粒子的质量比为3∶23、为监测某化工厂的污水排放量,技术人员在该厂的排污管末端安装了如图所示的流量计。

该装置由绝缘材料制成,长、宽、高分别为a 、b 、c,左右两端开口。

在垂直于上下底面方向加磁感应强度大小为B 的匀强磁场,在前后两个内侧面分别固定有金属板作为电极。

污水充满管口从左向右流经该装置时,接在M 、N 两端间的电压表将显示两个电极间的电压U 。

若用Q 表示污水流量(单位时间内排出的污水体积),下列说法中正确的是A.N 端的电势比M 端的高B.若污水中正、负离子数相同,则前后表面的电势差为零C.电压表的示数U 跟a 和b 都成正比,跟c 无关D.电压表的示数U 跟污水的流量Q 成正比 4、如图（甲）所示，两块水平放置的平行金属板，板长L=1.4m,板距d=30cm 。

两板间有B=1.25T,垂直于纸面向里的匀强磁场。

在两板上加如图（乙）所示的脉冲电压。

在t=0时，质量m=2×10-15kg ，电量为q=1×10-10C 的正离子，以速度为4×103m/s 从两板中间水平射入。

试求：粒子在板间做什么运动？画出其轨迹。

5、如图所示,足够大的平行挡板A 1、A 2竖直放置,间距6L 。

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. 美国物理学家劳伦斯于1932年发明的回旋加速器，应用带电粒子在磁场中做圆周运动的特点，能使带电粒子在较小的空间范围内经过电场的多次加速获得较大的能量。

如图所示为改进后的回旋加速器的示意图，其中距离很小的盒缝间的加速电场的场强大小恒定，且被限制在A 、C 板间，带电粒子从P 0处静止释放，并沿电场线方向进入加速电场，经加速后进入D 形盒中的匀强磁场做匀速圆周运动，对于这种回旋加速器，下列说法正确的是A ．带电粒子每运动一周被加速一次B ．P 1P 2＝P 2P 3C ．粒子能达到的最大速度与D 形盒的尺寸无关 D ．加速电场的方向需要做周期性的变化【答案】A【解析】据题意，由于加速电场只在实线部分有，则带电粒子运动一周，经过加速电场一次，故应该被加速一次，选项A 正确而D 选项错误；据图有：和，由于带电粒子经过加速电场时有：，经过处理得到：，即，同理有：，故B 选项错误；据可知，带电粒子的最大速度有D 形盒半径决定，故C 选项错误。

【考点】本题考查回旋加速器。

2. 如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图。

速度选择器（也称滤速器）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m 甲=m 乙<m 丙=m 丁，v 甲<v 乙=v 丙<v 丁，在不计重力的情况下，则分别打在P 1、P 2、P 3、P 4四点的离子分别是（）A ．甲、乙、丙、丁B ．甲、丁、乙、丙C ．丙、丁、乙、甲D ．甲、乙、丁、丙【答案】B【解析】四种粒子，只有两个粒子通过速度选择器，只有速度满足,，才能通过速度选择器．所以通过速度选择器进入磁场的粒子是乙和丙，根据，乙的质量小于丙的质量，所以乙的半径小于丙的半径，则乙打在P 3点，丙打在P 4点．甲的速度小于乙的速度，即小于，洛伦兹力小于电场力，粒子向下偏转，打在P 1点．丁的速度大于乙的速度，即大于，洛伦兹力大于电场力，粒子向上偏转，打在P2点，故B正确，A、C、D错误。

高中物理速度选择器和回旋加速器习题复习题附答案解析

高中物理速度选择器和回旋加速器习题复习题附答案解析一、高中物理解题方法：速度选择器和回旋加速器1．如图所示，水平放置的两平行金属板间存在着相互垂直的匀强电场和匀强磁场。

已知两板间的电势差为U ，距离为d ；匀强磁场的磁感应强度为B ，方向垂直纸面向里。

一质量为m 、电荷量为q 的带电粒子从A 点沿水平方向射入到两板之间，恰好沿直线从M 点射出；如果撤去磁场，粒子从N 点射出。

M 、N 两点间的距离为h 。

不计粒子的重力。

求：（1）匀强电场场强的大小E ；（2）粒子从A 点射入时的速度大小v 0；（3）粒子从N 点射出时的动能E k 。

【答案】（1）电场强度U E d =；（2）0U v Bd =；（3）2222k qUh mU E d B d=+【解析】【详解】（1）电场强度U E d=（2）粒子做匀速直线运动，电场力与洛伦兹力大小相等，方向相反，有：0qE qv B = 解得0E U v B Bd== （3）粒子从N 点射出，由动能定理得：2012k qE h E mv ⋅=-解得2222k qUh mU E d B d=+2．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 mB L =（3）从dc 边距离d 3L 处射出磁场；3BLEπ 【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：0E v 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：32x 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2 qEm 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32x L=处离开磁场，在磁场中运动的时间3BL t E =π．3．如图，平行金属板的两极板之间的距离为d ，电压为U 。

速度选择器和回旋加速器练习题含答案及解析

【详解】
（1）粒子在第二象限做类平抛运动，设初速度为v，
L=v1t
联立解得，则经过y轴上的位置；
（2）
v2=at
可得
qv1B=qE
解得
（3）将x>0区域的曲线运动看做以2v1的匀速直线运动和以v1的匀速圆周运动的合成，如图；
解得
最低点y坐标为
此时速度最大为vm=2v1+v1
解得
8．如图所示，两平行金属板水平放置，板间存在垂直纸面的匀强磁场和电场强度为E的匀强电场。金属板右下方以MN为上边界，PQ为下边界，MP为左边界的区域内，存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁场宽度为d，MN与下极板等高，MP与金属板右端在同一竖直线。一个电荷量为q、质量为m的正离子以初速度在两板间沿平行于金属板的虚线射入金属板间。不计粒子重力。
带电粒子在P1和P2间运动，根据电场力与洛伦兹力平衡可得：解得：；
（2）带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据洛伦兹力充当向心力：；
已知，解得：
7．如图，在整个直角坐标系xoy区域存在方向沿y轴负方向的匀强电场，场强大小为E；在x>0区域还存在方向垂直于xoy平面向内的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从x轴上x=－L的A点射出，速度方向与x轴正方向成45°，粒子刚好能垂直经过y轴，并且在第一象限恰能做直线运动，不计粒子重力
联立以上各式解得，离子在电场E中运动到A点所需时间：
（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：
解得：
由几何知识可得
在电场中，x方向上离子做匀速直线运动，则
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：
【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．

高考复习微专题—回旋加速器(选择题)习题选编教师版

微专题—回旋加速器（选择题）习题选编一、单项选择题1．如图所示，回旋加速器是用来加速带电粒子使它获得很大动能的装置．其核心部分是两个D形金属盒，置于匀强磁场中，两盒分别与高频电源相连．则下列说法正确的是（）A．带电粒子加速所获得的最大动能与金属盒的半径有关B．带电粒子从磁场中获得能量C．带电粒子加速所获得的最大动能与加速电压的大小有关D．带电粒子做圆周运动的周期随半径增大【答案】A【解析】【详解】粒子做匀速圆周运动时，洛伦兹力提供向心力，根据qvB=m2vR得，最大速度：qBRvm=，则最大动能：E km=12mv2=2()2qBRm，知最大动能和金属盒的半径以及磁感应强度有关，与加速电压的大小无关，故A正确，C错误；磁场使粒子偏转，电场使粒子加速，粒子从电场中获得能量．故B错误；根据：qvB=mvω，其中：ω=2Tπ，联立解得：2mTqBπ=，故周期与半径的大小无关，不变，故D错误；故选A．【点睛】解决本题的关键知道当粒子从D形盒中出来时，速度最大．以及知道回旋加速器粒子在磁场中运动的周期和高频交流电的周期相等．2．如图所示为一种获得高能粒子的装置一一环形加速器，环形区域内存在垂直纸面向外的可变匀强磁场，质量为m、电荷量为+q的粒子在环中做半径为R的圆周运动，A、B为两块中心开有小孔的极板，原来电势都为零，每当粒子飞经A板时，A板电势升高为+U，B板电势仍保持为零，设粒子的初速度为零，在两极板间的电场中加速，每当粒子离开电场区域时，A板电势又降为零，粒子在电场多次加速下动能不断增试卷第2页，总32页大，而在环形区域内绕中心运动的半径不变（设极板间距远小于R ），粒子重力不计，下列关于环形加速器的说法中正确的是（）A ．加速器对带正电粒子顺时针加速，对带负电粒子加速需要升高B 板电势 B ．电势U 越高，粒子最终的速度就越大C ．粒子第n 次绕行一圈所需的时间t n 与下一次所需时间t n+1的关系为1n n t t +=D ．第n 次绕行的磁感应强度大小B n 与下一次磁感应强度大小B n+1之比为1n n B B +=【答案】D 【解析】【详解】A ．磁场方向垂直纸面向外，要使带正电的粒子能在环形区域做圆周运动，则由左手定则判断可知，带正电粒子顺时针运动，带负电粒子需逆时针运动，所以对带负电粒子加速需要升高A 板电势，A 错误；B ．粒子最终的速度与带电粒子被加速的次数有关，即使电势U 比较低，但如果加速次数多，速度也可以更大，B 错误；C ．粒子绕行n 圈获得的动能等于电场力对粒子做的功，设粒子绕行n 圈获得的速度为v n ，由动能定理：212n nqU mv =解得：n v =粒子绕行第n 圈所需时间：22n n R T vqUnππ== 所以1nn t t +=，C 错误； D ．粒子在环形区域磁场中，受洛伦兹力作用做半径为R 的匀速圆周运动：2nn n v qv B m R=解得：n n mv B qR ==所以1n n B B +=D 正确。

高中物理(新人教版)选择性必修二同步习题：质谱仪与回旋加速器(同步习题)【含答案及解析】

第一章安培力与洛伦兹力4 质谱仪与回旋加速器基础过关练题组一质谱仪1.(2020江苏泰州高二期末)如图,一束正离子先后经过速度选择器和匀强磁场区域,则在速度选择器中沿直线运动且在匀强磁场中偏转半径相等的离子具有相同的( )A.电荷量和质量B.质量和动能C.速度和比荷D.速度和质量2.(2020浙江温州十校联合体高二上期中)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。

速度选择器内正交的匀强磁场和匀强电场的磁感应强度和电场强度分别为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下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。

下列表述正确的是( )A.该带电粒子带负电B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于BED.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越大3.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、带电荷量为q的粒子(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,带电粒子打到底片上的P 点,设OP=x,则下列能正确反映x与U之间的函数关系的是( )题组二回旋加速器4.(多选)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的两个D形金属盒,两盒间的狭缝中有周期性变化的电场,使带电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面的匀强磁场中,如图所示。

要增大带电粒子射出时的动能(重力不计),下列方法可行的是( )A.增大交变电压B.增大磁感应强度C.改变磁场方向D.增大D形盒的半径5.(2020福建师大附中高二期末)(多选)回旋加速器的原理如图所示,它由两个铜质D形盒D1、D2构成,其间留有空隙。

下列说法正确的是( )A.回旋加速器所接交变电压的周期等于带电粒子做匀速圆周运动周期的一半B.利用回旋加速器加速带电粒子,要增大粒子的最终能量,应尽可能增大磁感应强度B和D形盒的半径RC.回旋加速器的加速电压越大,带电粒子获得的最大动能越大D.粒子每次经过两D形盒间的狭缝时,电场力对粒子做功一样多能力提升练题组一涉及质谱仪的计算问题1.(2020山东青岛二中高二期中,)用质谱仪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。

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。

回旋加速器

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电源的两极相连接的两个
D
形金属盒，两盒间的狭缝中有周期性变化的电场，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1所示，则下列说法中正确的是（）
A ．只增大狭缝间的加速电压，可增大带电粒子射出时的动能
B ．只增大狭缝间的加速电压，可增大带电粒子在回旋加速器中运动的时间
C ．只增大磁场的磁感应强度，可增大带电粒子射出时的动能
D ．用同一回旋加速器可以同时加速质子（H 11）和氚核（H 31）知识点：回旋加速器
解答：设最大半径为R ，则有：qB mv R =
所以可得最大速度为：m qBR
v =
可见，只增大U 不能增大粒子动能，A 错；
增大加速电压可以减小加速运动的圈数，从而减小运动时间，B 错；
增大B 可以增大粒子最后速度，所以C 对；
由于粒子运动的周期与质量有关，所以这两种粒子的周期不同，不同被同时加速，D 错。

答案： C 图1 B。

回旋加速器及习题训练资料

第5节洛伦兹力的应用 ——回旋加速器
一、回旋加速器的特点
➢ 两D形盒间缝隙有高频交变电场. ➢ 两D形盒中有强大的磁场无电场.
二、回旋加速器的加速原理
① 电场使粒子加速，磁场使粒子回旋.
② 粒子回旋的周期不随半径改变.
③ 粒子在一个周期加速两次.
保证粒子始终被加速, 交变电场的周期与粒子回旋的周期有什么样的关系？
8U
小结
① 粒子在磁场中做圆匀周速运圆动周周运期动,是周否期变不化变？ ② 电场变化周的期周与期粒与子粒在子磁在场磁中场做中圆做周圆运周动运周动期周的期关相系同？ ③ 电场一个周期中方向变化几两次？ ④ 粒子每一个周期加速几两次？ ⑤ 粒子加速的最大速度由哪盒些的量半决径定和？磁场强度决定 ⑥ 粒电子场在加电速场过加程速中,过时程间中极时短间,可是忽否略可忽略？ ⑦ 只回有旋回加旋速加器速的器局的限半性径足够大，粒子是否可被加速到任
动的总时间为t（其中已略去了质子在加速电场中的运动
时间），质子在电场中的加速次数与
回旋半周的次数相同，加速电子时的
电压大小可视为不变.求此加速器所需
的高频电源频率f 和加速电压U.
(1) f qB
2m
BR 2
U 2t
例1 回旋加速器中磁场的磁感应强度为B，D形盒的直径为d，用该回旋加速器加速质量为m、电量为q的粒子，设粒子加速前的初速度为零。求：
功能显像的国际领先技术，它为临床诊断和治疗提供了
全新的手段.
（1）PET所用回旋加速器示意图如图示，其中置于高真
空中的金属D形盒的半径为R，两盒间距为d，在左侧D
形盒圆心处放有粒子源S，匀强磁场的磁感应强度为B，

回旋加速器专题(含答案)

回旋加速器专题利用电场对带电粒子的加速作用和磁场对运动电荷的偏转作用来获得高能粒子，这些过程在回旋加速器的核心部件——两个D形盒和其间的窄缝内完成，如图所示。

1．磁场的作用：带电粒子以某一速度垂直磁场方向进入匀强磁场后，并在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，其周期和速率、半径均无关（2mTqBπ=），带电粒子每次进入D形盒都运动相等的时间（半个周期）后平行电场方向进入电场中加速。

2．电场的作用：回旋加速器的两个D形盒之间的窄缝区域存在周期性变化的并垂直于两D形盒正对截面的匀强电场，带电粒子经过该区域时被加速。

3．交变电压：为了保证带电粒子每次经过窄缝时都被加速，使之能量不断提高，需在窄缝两侧加上跟带电粒子在D形盒中运动周期相同的交变电压。

4．带电粒子的最终能量：当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由圆周运动的规律可知2mv qvBr=，得qBrvm=，若D形盒的半径为R，则r=R，带电粒子的最终动能：22222max11()222qBR q B RE mv mm m===由上式可以看出，要使粒子射出的动能kE增大，就要使磁场的磁感应强度B以及D形盒的半径R增大，而与加速电压U的大小无关（U≠0）。

例题1、[多选题]如图所示，已知回旋加速器的匀强磁场的磁感应强度为B，D形金属盒的半径为R，狭缝间的距离为d，加在两D形金属盒间电压为U。

一个电荷量为q，质量为m的带电粒子在回旋加速器的中心从速度为O开始加速，当它离开回旋加速器时的动能为E k。

要使该粒子离开回旋加速器时的动能大于E k，则下列方法中正确的是()A.只增大两D形金属盒间的电压UB.只增大狭缝间的距离dC.只增大匀强磁场的磁感应强度BD.只增大D形金属盒的半径R例题2、1932年，劳伦斯和利文斯设计出了回旋加速器。

回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的两个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以忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场方向与盒面垂直。

高中物理(新人教版)选择性必修二课后习题：质谱仪与回旋加速器(课后习题)【含答案及解析】

第一章安培力与洛伦兹力质谱仪与回旋加速器课后篇素养形成必备知识基础练1.如图所示,回旋加速器是加速带电粒子的装置,其主体部分是两个D 形金属盒。

两金属盒处在垂直于盒面的匀强磁场中,a 、b 分别与高频交流电源两极相连接,下列说法正确的是( ) A.粒子从磁场中获得能量 B.带电粒子的运动周期是变化的 C.粒子由加速器的中心附近进入加速器D.增大金属盒的半径,粒子射出时的最大动能不变,带电粒子的运动周期是不变的,选项A 、B 错误;粒子由加速器的中心附近进入加速器,增大金属盒的半径,粒子射出时的最大动能增大,选项C 正确、D 错误。

2.如图所示,一个静止的质量为m 、电荷量为q 的粒子(重力忽略不计),经加速电压U 加速后,由O 点垂直进入磁感应强度为B 的匀强磁场中,粒子打到P 点,若OP=x ,则( ) A.x 与U 成正比 B.x 与U 成反比 C.x 与√U 成正比 D.x 与√U 成反比x=2R=2mvqB ,qU=12mv 2,可得x 与√U 成正比,选项C 正确。

3.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,离子源S 产生一个质量为m 、电荷量为q 的正离子,离子产生出来时的速度很小,可以看作静止的,离子产生出来后经过电压U 加速,进入磁感应强度为B 的匀强磁场,沿着半圆运动而达到记录它的照相底片P 上,测得它在P 上的位置到入口处S 1的距离为x ,则下列说法正确的是( )A.若某离子经上述装置后,测得它在P 上的位置到入口处S 1的距离大于x ,则说明离子的质量一定变大B.若某离子经上述装置后,测得它在P 上的位置到入口处S 1的距离大于x ,则说明加速电压U 一定变大C.若某离子经上述装置后,测得它在P 上的位置到入口处S 1的距离大于x ,则说明磁感应强度B 一定变大D.若某离子经上述装置后,测得它在P 上的位置到入口处S 1的距离大于x ,则说明离子所带电荷量q 可能变小qU=12mv 2,得v=√2qUm ,x=2R ,所以x=2mvqB =2B √2mUq ,可以看出,x 变大,可能是因为m 变大,U 变大,q 变小,B 变小,故只有D 正确。

高中物理速度选择器和回旋加速器题20套(带答案)含解析

高中物理速度选择器和回旋加速器题20套(带答案)含解析一、速度选择器和回旋加速器1．如图所示，半径为R 的圆与正方形abcd 相内切，在ab 、dc 边放置两带电平行金属板，在板间形成匀强电场，且在圆内有垂直纸面向里的匀强磁场．一质量为m 、带电荷量为+q 的粒子从ad 边中点O 1沿O 1O 方向以速度v 0射入，恰沿直线通过圆形磁场区域，并从bc 边中点O 2飞出．若撤去磁场而保留电场，粒子仍从O 1点以相同速度射入，则粒子恰好打到某极板边缘．不计粒子重力．（1）求两极板间电压U 的大小（2）若撤去电场而保留磁场，粒子从O 1点以不同速度射入，要使粒子能打到极板上，求粒子入射速度的范围．【答案】（1）20mv q （2）00212122v v v -+≤≤ 【解析】试题分析：（1）由粒子的电性和偏转方向，确定电场强度的方向，从而就确定了两板电势的高低；再根据类平抛运动的规律求出两板间的电压．（2）先根据有两种场均存在时做直线运动的过程，求出磁感应强度的大小，当撤去电场后，粒子做匀速圆周运动，要使粒子打到板上，由几何关系求出最大半径和最小半径，从而由洛仑兹力提供向心力就能得出最大的速度和最小速度．（1）无磁场时，粒子在电场中做类平抛运动，根据类平抛运动的规律有：212R at =，02R v t =，2qUa Rm =解得：2mv U q=（2）由于粒子开始时在电磁场中沿直线通过，则有：02U qv B q R= 撤去电场保留磁场粒子将向上偏转，若打到a 点，如图甲图：由几何关系有：2r r R +=由洛伦兹力提供向心力有：211v qv B m r=解得：10212v v -=若打到b 点，如图乙所示：由几何关系有：2r R R '-=由洛伦兹力提供向心力有：222v qv B m r='解得：2021v v += 故010212122v v v v -+≤≤=2．如图所示，有一对平行金属板，两板相距为0.05m 。

高中物理人教版第十章-磁场第八课时回旋加速器

解析：粒子在磁场中最大速率为vm，则有：
qvm B
mvm2 Rm
，vm
qBRm m
设粒子获得最大速率需回旋n次，有：
2nqU
1 2
mvm2
q2 B2 Rm2 2m
粒子在磁场中运动的时间为：
t1
nT
qB2 Rm2 4mU
2πm qB
πBRm2 2U
粒子在电场中被加速的加速度大小为：
a Eq qU m dm
解析：（1）粒子一直被加速的条件是高频电源的周期与粒子在半圆形金属盒中运动的周期相同．
由 T 2πm，得 B 2πm 2πmf
qB
qT q
代入数据计算得 B 1.56 T
（2）设半圆形金属盒内最大半径为R，有：R mvm
则
vm
qBR m
4.0107 m/s
qB
例3：在回旋加速器中，粒子由粒子源发出的初速度为零，经过加速→匀速圆周运动（半个圆周）→再加速 →匀速圆周运动（半个圆周）……最终达到最大回转轨道，已知半圆形金属盒内匀强磁场的磁感应强度为B，两半圆形金属盒内间的电势差为大小U，两盒之间的距离为d，粒子的电荷量为q，质量为m，粒子最终最大回旋半径为Rm．试求粒子在回旋加速器中的运动时间．
电磁铁之间的真空容器中，磁场方向垂直于金属盒底面，两
盒分别接在正负周期性变化的交变电源的两极上，这样，在
两盒间窄缝中形成一方向可变的加速电场，从粒子源发出的
带电粒子在窄缝中被加速，在匀强磁场中做匀速圆周运动，
经窄缝再加速，再经磁场回旋，经电场加速，所以称为回旋
加速器．
2．工作原理
v1 v3 v5
A/ A4/ A2/ A A4 A2 A0