《质谱仪与回旋加速器》 课时作业3 学生版.doc

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四质谱仪与回旋加速器

(25分钟60分)

一、选择题：(本题共7小题，每小题5分，共35分)

1.如图所示为速度选择器装置示意图，a、b为水平放置的平行金属板，其电容为C，板间距离为d，平行板内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，a、b板分别带上等量异种电荷后，平行板内产生竖直方向的匀强电场。一带电粒子以速度v0经小孔进入正交电磁场后可沿直线OO′运动，由O′射出，粒子所受重力不计，以下说法正确的是()

A．a板带负电，其电荷量为CBv0d

B．a板带正电，其电荷量为eq\f(CBv0,d)

C．极板间的电场强度E＝Bv0，方向竖直向下

D．若粒子的初速度大于v0，粒子在极板间将向右上方做匀加速曲线运动

2.如图是质谱仪工作原理的示意图。带电粒子a、b经电压U加速(在A点初速度为零)后，进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x1、x2处。图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则()

A．若a与b有相同的质量，则打在感光板上时，b的速度比a大

B．若a与b有相同的质量，则a的电量比b的电量小

C．若a与b有相同的电量，则a的质量比b的质量大

D．若a与b有相同的电量，则a的质量比b的质量小

3．(多选)如图所示为磁流体发电机的原理图，将一束等离子体垂直于磁场方向射入磁场，在磁场中有两块金属板A、B，这时金属板上就会聚集电荷，两板间就会产生电压，如果射入的等离子体速度均为v，两金属板间距离为d，板平面的面积为S，匀强磁场的磁感应强度为B，方向垂直于速度方向，负载电阻为R，等离子体充满两板间的空间。当发电机稳定发电时，电流表示数为I，下列说法正确的是()

A.上极板A带负电

B．两极板间的电动势为IR

C．板间等离子体的内阻为eq\f(Bdv,I)－R

D．板间等离子体的电阻率为eq\f(S,d)(eq\f(Bdv,I)－R)

4.一个用于加速质子的回旋加速器，其核心部分如图所示，D形盒半径为R，垂直D形盒底面的匀强磁场的磁感应强度为B，两盒分别与交流电源相连。下列说法正确的是()

A．质子被加速后的最大速度随B、R的增大而增大

B．质子被加速后的最大速度随加速电压的增大而增大

C．只要R足够大，质子的速度可以被加速到任意值

D．不需要改变任何量，这个装置也能用于加速α粒子

5.如图所示，粒子源P会发出电荷量相等的带电粒子。这些粒子经装置M加速并筛选后，能以相同的速度从A点垂直磁场方向沿AB射入正方形匀强磁场ABCD。粒子1、粒子2分别从AD中点和C点射出磁场。不计粒子重力，则粒子1和粒子2()

A．均带正电，质量之比为4∶1

B．均带负电，质量之比为1∶4

C．均带正电，质量之比为2∶1

D．均带负电，质量之比为1∶2

6．(多选)用回旋加速器来加速质子，为了使质子获得的动能增加为原来的4倍，可采用下列哪几种方法()

A．将其磁感应强度增大为原来的2倍

B．将其磁感应强度增大为原来的4倍

C．将D形金属盒的半径增大为原来的2倍

D．将D形金属盒的半径增大为原来的4倍

7．带正电粒子(不计重力)以水平向右的初速度v0，先通过匀强电场E，后通过匀强磁场B，如图甲所示，电场和磁场对该粒子做功为W1。若把该电场和磁场正交叠加，如图乙所示，再让该带电粒子仍以水平向右的初速度v0(v0＜eq\f(E,B))穿过叠加场区，在这个过程中电场和磁场对粒子做功为W2，则()

A．W1＜W2 B．W1＝W2

C．W1＞W2 D．无法判断

二、计算题(本题共2小题，共25分。要有必要的文字说明和解题步骤，有数值计算的要注明单位)

8.(12分)质谱仪原理如图所示，a为粒子加速器，电压为U1；b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；c为偏转分离器，磁感应强度为B2。现有一质量为m、电荷量为e的正离子(不计重力)，经加速后，该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。求：

(1)粒子的速度v为多少？

(2)速度选择器的电压U2为多少？

(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？

9.(13分)某种离子诊断测量简化装置如图所示。竖直平面内存在边界为矩形EFGH、方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，探测板CD平行于HG水平放置，能沿竖直方向缓慢移动且接地。a、b、c三束宽度不计、间距相等的离子束中的离子均以相同速度持续从边界EH水平射入磁场，b束中的离子在磁场中沿半径为R的四分之一圆弧运动后从下边界HG竖直向下射出，并打在探测板的右边缘D点。已知每束每秒射入磁场的离子数均为N，离子束间的距离均为0.6R，探测板CD的宽度为0.