知识点挑题 - 高中物理 - 优优班--学霸训练营

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出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的11倍．此离子和质子的质量比约为（　　）

A．11

B．22

C．121

D． $%20%5Csqrt%20%7B11%7D$

难度：较易

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2．

1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，其原理如图所示，这台加速器由两个铜质D形盒构成，其间留有空隙，D形盒和电源相连接，两盒垂直放在匀强磁场中，下列说法正确的是（　　）

A．两个D形盒可接直流电源工作

B．离子从磁场中获得能量

C．离子从电场中获得能量

D．随着离子速度的增大，离子在D形盒中运动的周期将变短

难度：较难

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3．飞行时间质谱仪可以对气体分子进行分析．飞行时间质谱仪主要由脉冲阀、激光器、加速电场、偏转电场和探测器组成，探测器可以在轨道上移动以捕获和观察带电粒子．整个装置处于真空状态．加速电场和偏转电场电压可以调节，只要测量出带电粒子的飞行时间，即可以测量出其比荷．如图所示，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生不同价位的离子，自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区，到达探测器．已知加速电场ab板间距为d，偏转电场极板M、N的长度为L₁，宽度为L₂．不计离子重力及进入a板时的初速度．
（1）设离子的比荷为k（k= $%20%5Cfrac%20%7Bq%7D%7Bm%7D$ ），如a、b间的加速电压为U₁，试求离子进入偏转电场时的初速度v₀；以及探测器偏离开中线的距离y．
（2）当a、b间的电压为U₁时，在M、N间加上适当的电压U₂，离子从脉冲阀P喷出到到达探测器的全部飞行时间为t．请推导出离子比荷k的表达式：

难度：中等

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4．

环形对撞机是研究高能粒子的重要装置，其工作原理的示意图如图所示，正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向射入对撞机的真空环状空腔内，环形对撞机是研究高能粒子的重要装置，其工作原理的示意图如图所示，正、负离子由静止经过电压为U的直线加速器加速后，沿圆环切线方向射入对撞机的真空环状空腔内，空腔内存在着与圆环平面垂直的匀强磁场，磁感应强度大小为B．两种带电粒子将被局限在环状空腔内，沿相反方向做半径相等的匀速圆周运动，从而在碰撞区迎面相撞．为维持带电粒子在环状空腔中的匀速圆周运动，下列说法中正确的是（　　）

A．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷 $%20%5Cfrac%20%7Bq%7D%7Bm%7D$ 越大，磁感应强度B越大

B．对于给定的加速电压，带电粒子的比荷 $%20%5Cfrac%20%7Bq%7D%7Bm%7D$ 越大，磁感应强度B越小

C．对于给定的带电粒子，加速电压U越大，粒子运动的周期越小

D．对于给定的带电粒子，不管加速电压U多大，粒子运动的周期都不变

难度：较易

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5．

如图为回旋加速器的示意图．其核心部分是两个D型金属盒，置于磁感应强度大小恒定的匀强磁场中，并与高频交流电源相连．带电粒子在D型盒中心附近由静止释放，忽略带电粒子在电场中的加速时间，不考虑相对论效应．欲使粒子在D型盒内运动的时间增大为原来的2倍，下列措施可行的是（　　）

A．仅将磁感应强度变为原来的2倍

B．仅将交流电源的电压变为原来的 $%20%5Cfrac%20%7B1%7D%7B2%7D$

C．仅将D型盒的半径变为原来的 $%20%5Csqrt%20%7B2%7D$ 倍

D．仅将交流电源的周期变为原来的2倍

难度：中等

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6．

如图甲所示是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个置于匀强磁场中的D形金属盒，两盒分别与高频电源相连．带电粒子在加速时，其动能E_k随时间t的变化规律如图乙所示，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．在E_k-t图象中应有（t₄-t₃）＜（t₃-t₂）＜（t₂-t₁）

B．减小磁场的磁感应强度可增大带电粒子射出时的动能

C．要想粒子获得的最大动能增大，可增加D形盒的半径

D．加速电场的电压越大，则粒子获得的最大动能一定越大

难度：较易

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7． $($多选$)1930$年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器，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．离子由加速器的中心附近进入加速器

B．离子由加速器的边缘进入加速器

C．离子从磁场中获得能量

D．离子从电场中获得能量

难度：中等

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8．

图甲是回旋加速器的示意图，其核心部分是两个$D$型金属盒$.D$型盒与高频电源相连，且置于垂直于盒面的匀强磁场中$.$带电粒子在电场中的动能$E_{k}$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．在$E_{k}-t$图中有$t_{4}-t_{3} < t_{3}-t_{2} < t_{2}-t_{1}$

B．在$E_{k}-t$图中有$E_{k4}-E_{k3}=E_{k3}-E_{k2}=E_{k2}-E_{k1}$

C．若粒子加速次数越多，则射出加速器的粒子动能就越大

D．若加速电压变大，射出加速器的粒子动能不会变化

难度：较难

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9．如图所示是质谱仪的工作原理示意图．设法使某种电荷量为q的正离子导入容器A中，离子再从狭缝S₁飘入电压为U的加速电场，初速度不计．再通过狭缝S₂、S₃射入磁感应强度为B的匀强磁场中，射入方向垂直于磁场区的界面PQ．最后离子打到感光片上，形成垂直于纸面且平行于狭缝S₃的细线．若测得细线到狭缝S₃的距离为d，请导出离子的质量m的表达式．

难度：较易

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10． 2006年美国和俄罗斯的科学家利用回旋加速器，通过 $%20%C2%A0_%7B%2020%20%7D%5E%7B%2048%20%7D$ Ca（钙48）轰击 $%20%C2%A0_%7B%20%C2%A0%C2%A098%20%7D%5E%7B%20249%20%7D$ Cf（锎249）发生核反应，成功合成了第118号元素，这是迄今为止门捷列夫元素周期表中原子序数最大的元素．实验表明，该元素的原子核先放出3个相同的粒子X，再连续经过3次α衰变后，变成质量数为282的第112号元素的原子核，则上述过程中的粒子X是（　　）

A．中子

B．质子

C．电子

D．α粒子

难度：较易

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