新課改高中物理選修二同步專題講義：04 C質(zhì)譜儀與回旋加速器 提升版（學(xué)生版）

質(zhì)譜儀與回旋加速器知識(shí)點(diǎn)：質(zhì)譜儀與回旋加速器一、質(zhì)譜儀1．質(zhì)譜儀構(gòu)造：主要構(gòu)件有加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和照相底片．2．運(yùn)動(dòng)過(guò)程(如圖)(1)帶電粒子經(jīng)過(guò)電壓為U的加速電場(chǎng)加速，qU＝eq\f(1,2)mv2.(2)垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，r＝eq\f(mv,qB)，可得r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q)).3．分析：從粒子打在底片D上的位置可以測(cè)出圓周的半徑r，進(jìn)而可以算出粒子的比荷．二、回旋加速器1．回旋加速器的構(gòu)造：兩個(gè)D形盒，兩D形盒接交流電源，D形盒處于垂直于D形盒的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖.2．工作原理(1)電場(chǎng)的特點(diǎn)及作用特點(diǎn)：兩個(gè)D形盒之間的窄縫區(qū)域存在周期性變化的電場(chǎng)．作用：帶電粒子經(jīng)過(guò)該區(qū)域時(shí)被加速．(2)磁場(chǎng)的特點(diǎn)及作用特點(diǎn)：D形盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．作用：帶電粒子在洛倫茲力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從而改變運(yùn)動(dòng)方向，半個(gè)圓周后再次進(jìn)入電場(chǎng)．技巧點(diǎn)撥一、質(zhì)譜儀1．加速：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的加速電場(chǎng)，由動(dòng)能定理得qU＝eq\f(1,2)mv2①2．偏轉(zhuǎn)：帶電粒子進(jìn)入質(zhì)譜儀的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，由洛倫茲力提供向心力得qvB＝meq\f(v2,r)②3．由①②兩式可以求出粒子運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑r、質(zhì)量m、比荷eq\f(q,m)等．由r＝eq\f(1,B)eq\r(\f(2mU,q))可知，電荷量相同時(shí)，半徑將隨質(zhì)量的變化而變化．二、回旋加速器回旋加速器兩D形盒之間有窄縫，中心附近放置粒子源(如質(zhì)子、氘核或α粒子源)，D形盒間接上交流電源，在狹縫中形成一個(gè)交變電場(chǎng)．D形盒上有垂直盒面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)(如圖所示)．(1)電場(chǎng)的特點(diǎn)及作用特點(diǎn)：周期性變化，其周期等于粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期．作用：對(duì)帶電粒子加速，粒子的動(dòng)能增大，qU＝ΔEk.(2)磁場(chǎng)的作用改變粒子的運(yùn)動(dòng)方向．粒子在一個(gè)D形盒中運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期，運(yùn)動(dòng)至狹縫進(jìn)入電場(chǎng)被加速．磁場(chǎng)中qvB＝meq\f(v2,r)，r＝eq\f(mv,qB)∝v，因此加速后的軌跡半徑要大于加速前的軌跡半徑．(3)粒子獲得的最大動(dòng)能若D形盒的最大半徑為R，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，由r＝eq\f(mv,qB)得粒子獲得的最大速度vm＝eq\f(qBR,m)，最大動(dòng)能Ekm＝eq\f(1,2)mvm2＝eq\f(q2B2R2,2m).(4)兩D形盒窄縫所加的交流電源的周期與粒子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期相同，粒子經(jīng)過(guò)窄縫處均被加速，一個(gè)周期內(nèi)加速兩次．例題精練1．（2021?浙江模擬）如圖所示為質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)圖，該質(zhì)譜儀由速度選擇器與偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)兩部分組成，已知速度選擇器中的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B0、電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，熒光屏PQ下方勻強(qiáng)磁場(chǎng)的方向垂直紙面向外，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為2B0。三個(gè)帶電荷量均為q、質(zhì)量不同的粒子沿豎直方向經(jīng)速度選擇器由熒光屏上的狹縫O進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，最終打在熒光屏上的S1、S2、S3處，相對(duì)應(yīng)的三個(gè)粒子的質(zhì)量分別為m1、m2、m3，忽略粒子的重力以及粒子間的相互作用。則下列說(shuō)法不正確的是（）A．打在S3發(fā)位置的粒子質(zhì)量最大 B．質(zhì)量為m1的粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間最短 C．如果S1S3＝Δx，則 D．如m1、m2在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)間差為Δt，則2．（2021?海淀區(qū)校級(jí)模擬）勞倫斯和利文斯設(shè)計(jì)出回旋加速器，工作原理示意圖如圖所示。置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可忽略。磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，高頻交流電頻率為f，加速電壓為U.若A處粒子源產(chǎn)生的質(zhì)子質(zhì)量為m、電荷量為+q，在加速器中被加速，且加速過(guò)程中不考慮相對(duì)論效應(yīng)和重力的影響。則下列說(shuō)法正確的是（）A．質(zhì)子被加速后的最大速度不可能超過(guò)2πRf B．質(zhì)子離開回旋加速器時(shí)的最大動(dòng)能與加速電壓U成正比 C．質(zhì)子第2次和第1次經(jīng)過(guò)兩D形盒間狹縫后軌道半徑之比為1： D．不改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B和交流電頻率f，該回旋加速器也能加速α粒子隨堂練習(xí)1．（2021?寶雞模擬）回旋加速器的核心部分是兩個(gè)相距很近的D形盒，分別和頻率固定的高頻交流電源相連接，在兩個(gè)D形盒的窄縫中產(chǎn)生方向周期性變化的勻強(qiáng)電場(chǎng)使帶電粒子加速，窄縫中心處粒子源可以產(chǎn)生初速度為零的帶電粒子，D形盒區(qū)域有垂直D形盒方向的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。則下列說(shuō)法正確的是（）A．所加磁場(chǎng)的方向也應(yīng)周期性變化，且變化周期與電場(chǎng)變化周期相同 B．對(duì)于題中給定的回旋加速器可以對(duì)放入其中的任何帶電粒子進(jìn)行加速 C．粒子第n次加速后的速度大小與第（n+1）次加速后的速度大小的比值為 D．若僅將D形盒中磁場(chǎng)加倍，交流電周期減半，則粒子經(jīng)加速器獲得的最大速度也將加倍2．（2020秋?鼓樓區(qū)校級(jí)期中）如圖所示，水平平行金屬板P1P2之間有水平向里勻強(qiáng)磁場(chǎng)B1和豎直方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)（未畫出），豎直擋板MN右側(cè)有水平向外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B2，O為擋板上的一個(gè)小孔。一些離子正對(duì)著O孔水平射入金屬板P1P2之間，其中有兩個(gè)離子沿虛線軌跡運(yùn)動(dòng)，最終分別打在擋板上的A1和A2處，OA1：OA2＝2：3，由此可判定（）A．金屬板P1P2間的勻強(qiáng)電場(chǎng)方向豎直向上 B．打在A1和A2處的兩個(gè)離子都帶正電荷 C．打在A1和A2處的兩個(gè)離子速率之比為v1：v2＝2：3 D．打在A1和A2處的兩個(gè)離子比荷之比為：＝3：23．（2021?宜城市模擬）如圖所示為某回旋加速器示意圖，利用回旋加速器對(duì)粒子進(jìn)行加速，D形盒中的磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，加速電壓為U。忽略相對(duì)論效應(yīng)和粒子在D形盒縫隙間的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，下列說(shuō)法中正確的是（）A．粒子從磁場(chǎng)中獲得能量 B．減小D形盒半徑、增大磁感應(yīng)強(qiáng)度B，粒子獲得的最大動(dòng)能一定增大 C．只增大加速電壓U，粒子在回旋加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變短 D．只增大加速電壓U，粒子獲得的最大動(dòng)能增大綜合練習(xí)一．選擇題（共20小題）1．（2021?株洲模擬）質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要設(shè)備，構(gòu)造原理如圖所示。離子源S能產(chǎn)生各種不同的離子束，飄入（初速度可視為零）MN間的加速電場(chǎng)后從小孔O垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，運(yùn)轉(zhuǎn)半周后到達(dá)照相底片上的P點(diǎn)，P點(diǎn)到小孔O的距離為x。對(duì)于一質(zhì)量m和電荷量q各不相同的離子，它們的x2﹣圖像應(yīng)是（）A． B． C． D．2．（2021?清城區(qū)校級(jí)模擬）如圖所示為質(zhì)譜儀的工作原理圖，在容器A中存在若干種電荷量q相同而質(zhì)量m不同的帶電粒子，它們可從容器A下方經(jīng)過(guò)窄縫S1和S2之間的電場(chǎng)加速后射入速度選擇器，速度選擇器中的電場(chǎng)E和磁場(chǎng)B都垂直于離子速度v，且E也垂直于B。通過(guò)速度選擇器的粒子接著進(jìn)入均勻磁場(chǎng)B0中，沿著半圓周運(yùn)動(dòng)后到達(dá)照相底片上形成譜線。若測(cè)出譜線A到入口S0的距離為x，則下列能正確反映x與m之間函數(shù)關(guān)系的是（）A． B． C． D．3．（2021春?鄒城市期中）用質(zhì)譜儀研究?jī)煞N同位素氧16和氧18。如圖所示，讓氧16和氧18原子核從質(zhì)譜儀小孔S1飄入電壓為U的加速電場(chǎng)（初速度可看作零），然后從S3垂直進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)發(fā)生偏轉(zhuǎn)，最后打在底片上的不同地方。已知氧16和氧18原子核帶電量相同，質(zhì)量之比約為16：18，從底片上獲得在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)軌跡的直徑分別為D1、D2，則D1：D2應(yīng)為（）A．8：9 B．9：8 C．2：3 D．64：814．（2021?房山區(qū)二模）回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其核心部分是分別與高頻電源兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒，兩盒間的狹縫中有周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，如圖所示。下述說(shuō)法中正確的是（）A．粒子只在電場(chǎng)中加速，因此電壓越大，粒子的最大動(dòng)能越大 B．可以采用減小高頻電源的頻率，增大電場(chǎng)中加速時(shí)間來(lái)增大粒子的最大動(dòng)能 C．粒子在磁場(chǎng)中只是改變方向，因此粒子的最大動(dòng)能與磁感應(yīng)強(qiáng)度無(wú)關(guān) D．粒子的最大動(dòng)能與D形盒的半徑有關(guān)5．（2021春?順慶區(qū)校級(jí)月考）下列說(shuō)法正確的是（）A．圖甲是用來(lái)加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加電壓U B．圖乙是磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，可以判斷出B極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極，A極板是發(fā)電機(jī)的正極 C．圖丙是速度選擇器，帶電粒子能夠沿直線勻速通過(guò)速度選擇器的條件是v＝ D．圖丁是霍爾效應(yīng)示意圖，導(dǎo)體上表面的電勢(shì)比下表面的高6．（2021春?三元區(qū)校級(jí)月考）如圖所示，回旋加速器D形盒的半徑為R，所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，用來(lái)加速質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)子，質(zhì)子從下半盒的質(zhì)子源由靜止出發(fā)，加速到最大能量E后由A孔射出，下列說(shuō)法正確的是（）A．若增大交變電壓U，則質(zhì)子在射出回旋加速器時(shí)的動(dòng)能變大 B．若增大交變電壓U，則質(zhì)子在加速器中運(yùn)行時(shí)間將不變 C．回旋加速器所加交變電壓的周期為T＝ D．下半盒內(nèi)部質(zhì)子的軌道半徑之比（由內(nèi)到外）為1：：：…7．（2020秋?南通期末）1932年物理學(xué)家勞倫斯發(fā)明了回旋加速器，巧妙地解決了粒子的加速問(wèn)題。加速器的核心部分是兩個(gè)D形金屬盒，兩盒相距很近，分別和高頻交流電源相連接，兩盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于盒底面?，F(xiàn)使氦核由加速器的中心附近進(jìn)入加速器，加速后通過(guò)特殊裝置被引出。下列說(shuō)法正確的是（）A．粒子運(yùn)動(dòng)軌道的間距由里向外逐漸均勻減小 B．若僅增大加速電壓，粒子在加速器中運(yùn)動(dòng)的總時(shí)間將減小 C．粒子能夠獲得的最大動(dòng)能隨加速電壓大小的變化而變化 D．若增大磁感應(yīng)強(qiáng)度且同時(shí)減小交流電的頻率，粒子也能被加速8．（2021?遼寧模擬）2020年11月10日消息，我國(guó)回旋加速器領(lǐng)域首批國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布實(shí)施．如圖所示是回旋加速器裝置，D1、D2是半圓形金屬盒，D形盒的半徑為R，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B．D形盒的縫隙處接交流電源，兩盒間的狹縫中形成的周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中．現(xiàn)要增大帶電粒子從回旋加速器射出時(shí)的動(dòng)能，下列方法可行的是（）A．增大交流電源電壓 B．增大D形盒的半徑 C．增大交流電源電壓和減小狹縫間的距離 D．增大磁場(chǎng)磁感應(yīng)強(qiáng)度和減小狹縫間的距離9．（2020秋?濱州期末）如圖所示，回旋加速器兩個(gè)D形金屬盒分別和一高頻交流電源兩極相接，兩D形金屬盒放在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)方向垂直于兩D形金屬盒底面，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，粒子源置于兩D形金屬盒的圓心附近。下列說(shuō)法正確的是（）A．高頻交流電源的電壓越大，粒子打出回旋加速器的速度越大 B．D形金屬盒半徑越大，粒子打出回旋加速器的速度越大 C．粒子在磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期可以是高頻交流電周期的2倍 D．粒子在回旋加速器中加速次數(shù)越多，粒子打出時(shí)的動(dòng)能越大10．（2020秋?威海期末）某種質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示，氖的同位素Ne和Ne粒子，以幾乎為0的初速度從容器A下方的小孔S1飄入加速電場(chǎng)，經(jīng)過(guò)小孔S2、S3之間的真空區(qū)域后，以不同的速率經(jīng)過(guò)S3沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最后分別打在照相底片D的x1、x2處。下列說(shuō)法正確的是（）A．Ne粒子離開加速電場(chǎng)的速度比Ne粒子小 B．Ne粒子打在x1處 C．Ne粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間比Ne粒子長(zhǎng) D．兩種粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同11．（2020秋?古縣校級(jí)期末）下列說(shuō)法正確的是（）A．如圖是回旋加速器的示意圖，要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增加電壓U B．如圖是磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖，可以判斷出A極板是發(fā)電機(jī)的正極，B極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極 C．如圖是速度選擇器，帶電粒子能夠沿直線勻速通過(guò)速度選擇器的條件是Eq＝qvB，即v＝ D．如圖所示是磁電式電流表內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，線圈在極靴產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)12．（2020秋?沈河區(qū)校級(jí)期末）速度選擇器是質(zhì)譜儀的重要組成部分，它可以將具有某一速度的粒子挑選出來(lái)。圖中左右兩個(gè)豎直的金屬板分別與電源的負(fù)極和正極相連，金屬板內(nèi)部的勻強(qiáng)電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度為E，勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。一束帶電粒子以一定的初速度沿直線通過(guò)速度選擇器，然后通過(guò)平板S上的狹縫P進(jìn)入另一磁感應(yīng)強(qiáng)度為B′的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，最終打在A點(diǎn)上。不計(jì)粒子的重力。下列表述正確的是（）A．粒子帶負(fù)電 B．速度選擇器中的磁場(chǎng)方向?yàn)榇怪庇诩埫嫦蛲?C．能沿直線通過(guò)狹縫P的帶電粒子的速率等于 D．所有打在A點(diǎn)的粒子的質(zhì)量都相同13．（2020秋?運(yùn)城期末）回旋加速器是加速帶電粒子的裝置。如圖所示，其核心部件是分別與高頻交流電源兩極相連接的兩個(gè)D形金屬盒（D1、D2），兩盒間的狹縫中形成周期性變化的電場(chǎng)，使粒子在通過(guò)狹縫時(shí)都能得到加速，兩D形金屬盒處于垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，D形盒的半徑為R。質(zhì)量為m、電荷量為q的質(zhì)子從D1盒的質(zhì)子源（A點(diǎn)）由靜止釋放，加速到最大動(dòng)能后經(jīng)粒子出口處射出。若忽略質(zhì)子在電場(chǎng)中的加速時(shí)間，且不考慮相對(duì)論效應(yīng)，則下列說(shuō)法正確的是（）A．交變電壓U越大，質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能越大 B．質(zhì)子在加速器中的加速次數(shù)越多，質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能越大 C．增大D型盒的半徑，質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能增大 D．質(zhì)子不斷加速，它做圓周運(yùn)動(dòng)的周期越來(lái)越小14．（2020秋?南京期末）1930年勞倫斯制成了世界上第一臺(tái)回旋加速器，其工作原理如圖所示。這臺(tái)加速器由兩個(gè)銅質(zhì)D形盒D1、D2構(gòu)成，其間留有空隙，下列說(shuō)法正確的是（）A．離子在回旋加速器中做圓周運(yùn)動(dòng)的周期隨半徑的增大而增大 B．離子從磁場(chǎng)中獲得能量 C．增大加速電場(chǎng)的電壓，其余條件不變，離子在D型盒中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間變短 D．增大加速電場(chǎng)的電壓，其余條件不變，離子離開磁場(chǎng)的動(dòng)能將增大15．（2020秋?洛陽(yáng)期末）如圖是電子感應(yīng)加速器內(nèi)部結(jié)構(gòu)原理簡(jiǎn)圖：電子感應(yīng)加速器主要由上、下電磁鐵磁極和環(huán)形真空室組成。當(dāng)電磁鐵繞組通以變化的電流時(shí)，產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)，穿過(guò)真空盒所包圍的區(qū)域內(nèi)的磁通量也隨時(shí)間變化，這時(shí)真空盒空間內(nèi)就感應(yīng)出渦旋電場(chǎng)，電子將在渦旋電場(chǎng)作用下得到加速。（圖中：上圖為側(cè)視圖、下圖為真空室的俯視圖）。電子被約束在半徑為R的圓周上運(yùn)動(dòng)。若電磁鐵繞組通有正弦式交變電流i，下列說(shuō)法中正確的是（）A．電子做圓周運(yùn)動(dòng)的周期與交變電流的變化周期相同 B．渦旋電場(chǎng)的方向保持逆時(shí)針?lè)较虿蛔?C．在交變電流變化的任何時(shí)段，電子都將被加速 D．在交變電流按圖示方向增大的過(guò)程中，電子做逆時(shí)針?lè)较虻募铀龠\(yùn)動(dòng)16．（2020秋?呂梁期末）回旋加速器是加速帶電粒子的裝置，其主體部分是兩個(gè)D形金屬盒。兩金屬盒處在垂直于盒底的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，a、b分別與高頻交流電源兩極相連接，下列說(shuō)法正確的是（）A．帶電粒子從磁場(chǎng)中獲得能量 B．帶電粒子的運(yùn)動(dòng)周期是變化的 C．帶電粒子由加速器的中心附近進(jìn)入加速器 D．增大金屬盒的半徑，帶電粒子射出時(shí)的動(dòng)能不變17．（2020秋?江蘇月考）帶電量相同、質(zhì)量不同的粒子從容器A下方的小孔S1飄入電勢(shì)差為U的加速電場(chǎng)，其初速度幾乎為零。加速后的粒子經(jīng)過(guò)S3沿著磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，最后打在照相底片D上，如圖所示。運(yùn)動(dòng)過(guò)程中粒子之間的相互作用忽略不計(jì)，下列說(shuō)法正確的是（）A．這些粒子經(jīng)過(guò)S3時(shí)的動(dòng)能相同 B．這些粒子經(jīng)過(guò)S3時(shí)的速率相同 C．這些粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌跡圓半徑與質(zhì)量成正比 D．這些粒子在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與質(zhì)量成反比18．（2020秋?皇姑區(qū)校級(jí)月考）下列說(shuō)法正確的是（）A．圖是用來(lái)加速帶電粒子的回旋加速器的示意圖，要想粒子獲得的最大動(dòng)能增大，可增大電壓U B．圖是磁流體發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖．可以判斷出A極板是發(fā)電機(jī)的負(fù)極，B極板是發(fā)電機(jī)的正極 C．速度選擇器可以判斷出帶電粒子的電性，粒子能夠沿直線勻速通過(guò)速度選擇器的條件是Eq＝qvB，即v＝ D．圖是磁電式電流表內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖，線圈在極靴產(chǎn)生的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)19．（2020秋?岳麓區(qū)校級(jí)月考）質(zhì)譜儀是一種利用質(zhì)譜分析測(cè)量離子比荷的分析儀器，如圖是一種質(zhì)譜儀的示意圖，它是由加速電場(chǎng)、靜電分析器和磁分析器組成。已知靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場(chǎng)在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，方向垂直紙面向外?，F(xiàn)有一質(zhì)量為m、電荷量為q的帶電粒子由靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，沿中心線通過(guò)靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn)，不計(jì)粒子重力，下列說(shuō)法中正確的是（）A．經(jīng)分析，粒子帶正電，且極板M低于極板N電勢(shì) B．不同種類的帶電粒子通過(guò)靜電分析器的時(shí)間都相同 C．加速電場(chǎng)的電壓U＝ER D．帶電粒子在磁分析器中運(yùn)動(dòng)的直徑PQ＝20．（2020秋?和平區(qū)校級(jí)月考）如圖所示為幾種儀器的原理示意圖，圖甲為磁流體發(fā)電機(jī)，圖乙為質(zhì)譜儀，圖丙為多級(jí)直線加速器，圖丁是霍爾元件。下列說(shuō)法正確的是（）A．圖甲中，將一束等離子體噴入磁場(chǎng)，A、B板間產(chǎn)生電勢(shì)差，A板電勢(shì)高 B．圖乙中，H、H、H三種粒子經(jīng)加速電場(chǎng)射入磁場(chǎng)，H在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)半徑最大 C．圖丙中，加速電壓越大，粒子獲得的能量越高，比回旋加速器更有優(yōu)勢(shì) D．圖丁中，磁感應(yīng)強(qiáng)度增大時(shí)，a、b兩表面間的電壓U增大二．多選題（共10小題）21．（2020秋?倉(cāng)山區(qū)校級(jí)期末）用如圖所示的回旋加速器來(lái)加速質(zhì)子，為了使質(zhì)子獲得的最大動(dòng)能增加為原來(lái)的4倍，可采用下列哪種方法（）A．將磁感應(yīng)強(qiáng)度增大，變?yōu)樵瓉?lái)的2倍 B．將兩D形金屬盒間的加速電壓增大為原來(lái)的4倍 C．將D形金屬盒的半徑增大為原來(lái)的2倍 D．將兩D形金屬盒間加速電壓的頻率增大為原來(lái)的2倍22．（2021?岱山縣校級(jí)模擬）如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖。由加速電場(chǎng).靜電分析器和磁分析器組成。若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場(chǎng)在中心線處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向外。一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場(chǎng)加速后沿中心線通過(guò)靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn)。不計(jì)粒子重力。下列說(shuō)法正確的是（）A．粒子一定帶正電 B．加速電場(chǎng)的電壓U＝ER C．直徑PQ＝ D．若一群粒子從靜止開始經(jīng)過(guò)上述過(guò)程都落在膠片上同一點(diǎn)，則該群粒子具有相同的比荷23．（2021春?薛城區(qū)期中）如圖為某種質(zhì)譜儀的工作原理示意圖。此質(zhì)譜儀由以下幾部分構(gòu)成：粒子源N；P、Q間電壓恒為U的加速電場(chǎng)；靜電分析器，即中心線半徑為R的四分之一圓形通道，通道內(nèi)有均勻輻射電場(chǎng)，方向沿徑向指向圓心O，且與圓心O等距的各點(diǎn)電場(chǎng)強(qiáng)度大小相等；磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)，方向垂直紙面向外。當(dāng)有粒子打到膠片M上時(shí)，可以通過(guò)測(cè)量粒子打到M上的位置來(lái)推算粒子的比荷，從而分析粒子的種類以及性質(zhì)。由粒子源N發(fā)出的不同種類的帶電粒子，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后從小孔S1進(jìn)入靜電分析器，其中粒子a和粒子b恰能沿圓形通道的中心線通過(guò)靜電分析器，并經(jīng)小孔S2垂直磁場(chǎng)邊界進(jìn)入磁場(chǎng)，最終打到膠片上，其軌跡分別如圖中的S1S2a和S1S2b所示。忽略帶電粒子離開粒子源N時(shí)的初速度，不計(jì)粒子所受重力以及粒子間的相互作用。下列說(shuō)法中正確的是（）A．粒子a和粒子b經(jīng)過(guò)小孔S1時(shí)速度大小一定不相等 B．若只減小加速電場(chǎng)的電壓U，粒子a可能沿曲線S1c運(yùn)動(dòng) C．靜電分析器中距離圓心O為R處的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為 D．粒子a的比荷一定大于粒子b的比荷24．（2021?馬鞍山模擬）回旋加速器的工作原理如圖所示。D1和D2是兩個(gè)中空的半圓金屬盒，它們之間接電壓為U的交流電源。中心A處的粒子源產(chǎn)生的帶電粒子，初速度可視為0，在兩盒之間被電場(chǎng)加速。兩個(gè)半圓盒處于與盒面垂直的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B中，粒子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。忽略兩盒縫之間的距離。已知粒子被第一次加速后，經(jīng)過(guò)時(shí)間t，再次到達(dá)盒縫處，與A的距離為d，則（）A．電場(chǎng)變化的周期為t B．粒子被2次加速后，再次經(jīng)過(guò)盒縫時(shí)，與A的距離為d C．粒子的最大動(dòng)能與金屬盒半徑R有關(guān)，與加速電壓U無(wú)關(guān) D．粒子在加速器中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間與加速電壓U、金屬盒半徑R均有關(guān)25．（2021春?膠州市期中）如圖，為一種新型回旋加速器示意圖，其中盒縫存在著電壓為U的加速電場(chǎng)，且被限制在AC板間的實(shí)線區(qū)域，虛線所在空間無(wú)電場(chǎng)。一質(zhì)量為m電量為+q帶電粒子從P0處由靜止開始沿電場(chǎng)線方向進(jìn)入加速電場(chǎng)，經(jīng)加速后進(jìn)入D形盒中的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，P1、P2、P3為第一次、第二次、第三次經(jīng)無(wú)場(chǎng)區(qū)進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的位置。對(duì)這種改進(jìn)后的回旋加速器，下列說(shuō)法正確的是（）A．＝ B．加速電場(chǎng)的變化周期為 C．加速粒子的最大速度與D形盒的尺寸無(wú)關(guān) D．粒子加速次數(shù)n次后在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為26．（2021春?任城區(qū)期中）回旋加速器的工作原理如圖所示，置于高真空中的D形金屬盒半徑為R，兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過(guò)的時(shí)間可以忽略不計(jì)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)與盒面垂直，A處粒子源產(chǎn)生質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子，在加速電壓為U的加速電場(chǎng)中被加速，所加磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度、加速電場(chǎng)的頻率可調(diào)，磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度最大值為Bm和加速電場(chǎng)頻率的最大值fm，則下列說(shuō)法正確的是（）A．粒子獲得的最大動(dòng)能與加速電壓無(wú)關(guān) B．粒子第n次和第n+1次進(jìn)入磁場(chǎng)的半徑之比為： C．粒子從靜止開始加速到出口處所需的時(shí)間為t＝ D．若fm＝，則粒子獲得的最大動(dòng)能為Ekm＝2π2mfm2R227．（2021?安徽模擬）質(zhì)子刀治療是世界最先進(jìn)的腫瘤放射治療技術(shù)，其原理是電場(chǎng)對(duì)質(zhì)子進(jìn)行加速，當(dāng)達(dá)到一定能量后，用質(zhì)子束照射腫瘤，殺死腫瘤細(xì)胞。近日由中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院自主研制的最緊湊型超導(dǎo)回旋質(zhì)子治療系統(tǒng)加速器研制成功。該回旋加速器中加速電場(chǎng)場(chǎng)強(qiáng)