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

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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下方有磁感应强度为B₀的匀强磁场．下列说法正确的是（　　）

A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里

B．能通过狭缝P的带电粒子的速率等于B / E

C．比荷（q/m）越大的粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P

D．粒子从P点运动到胶片A₁A₂的时间为2πm/qB₀

答案

解析

试题分析：A、假设带电粒子带正电，在速度选择器中受向右的电场力，根据二力平衡可知受向左的洛伦兹力，根据左手定则判定，速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外；错误
B、由于

，所以带电粒子的速率

；错误
C、根据

可知，

，所以比荷（q/m）越大的粒子半径越小，打在胶片上的位置越靠近狭缝P；正确
D、粒子在磁场中做圆周运动的周期

，所以粒子从P点运动到胶片

的时间为

；错误
故选C
点评：速度选择器的电场和磁场的大小和方向关系是一定的，必须满足电场力的洛伦兹力等大方向才行。质谱仪是一种很好的分析同位素的仪器。

举一反三

如图是回旋加速器示意图，其核心部分是两个D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。现分别加速氘核（q₁、m₁）和氦核（q₂、m₂）。已知q₂=2q₁，m₂ =2m₁，下列说法中正确的是（）

A．它们的最大速度相同

B．它们的最大动能相同

C．仅增大高频电源的电压可增大粒子的最大动能

D．仅增大高频电源的频率可增大粒子的最大动能

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(6分)如图所示为一种改进后的回旋加速器示意图。半径为

的两个中空D形盒，处于垂直于盒面向里、磁感应强度为

的匀强磁场中。两D形盒左端狭缝处放置一场强恒定的加速电场。带电粒子从

处以速度

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，接着又从

处进入

、

板间，如此反复，最后从D形盒右侧的边缘飞出。对于这种改进后的回旋加速器，带电粒子每运动一周被加速次。若被加速的带电粒子的电荷量为

，质量为

，则粒子的最大速度的表达式为。

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回旋加速器是利用带电粒子在电场中的加速和带电粒子在磁场中偏转的这一特性，多次对带点粒子加速。用同一回旋加速器分别对氘核和氦核加速后，则（）

A．氘核获得的动能大

B．氦核的速度大

C．在磁场中两核的运行时间相同

D．加速氦核时交流电的周期大

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关于回旋加速器中电场和磁场的说法中正确的是：

A．电场和磁场都对带电粒子起加速作用

B．电场和磁场是交替地对带电粒子做功的

C．只有磁场才对带电粒子起加速作用

D．只有电场才对带电粒子起加速作用

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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，则下列判断中正确的是 ( )

A．在E_k—t图中应有t₄一t₃＝t₃一t₂=t₂—t₁

B．高频电源的变化周期应该等于tn一tn-1

C．粒子加速次数越多，粒子最大动能一定越大

D．要想粒子获得的最大动能越大，则要求D形盒的面积也越大

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