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题型：综合题题类：常考题难易度：普通

质谱仪和回旋加速器+++++++3 33

1932年美国物理学家劳伦斯发明了回旋加速器，巧妙地利用带电粒子在磁场中的运动特点，解决了粒子的加速问题．现在回旋加速器被广泛应用于科学研究和医学设备中．

某型号的回旋加速器的工作原理如图（甲）所示，图（乙）为俯视图．回旋加速器的核心部分为两个D形盒，分别为D₁、D₂ ． D形盒装在真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与D形盒底面垂直．两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计．D形盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B．设质子从粒子源A处进入加速电场的初速度不计．质子质量为m、电荷量为+q．加速器接入一定频率的高频交变电源，加速电压为U．加速过程中不考虑相对论效应和重力作用．

（1）、求质子第1次经过狭缝被加速后进人D₂盒时的速度大小v₁；

（2）、求质子第1次经过狭缝被加速后进人D₂盒后运动的轨道半径r₁；

（3）、求质子从静止开始加速到出口处所需的时间t．

举一反三

质谱仪是最早用来测定微观粒子比荷 $\text{[math]}$ 的精密仪器，某一改进后带有速度选择器的质谱仪能更快测定粒子的比荷，其原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为 $\text{[math]}$ ， B为速度选择器，其中磁场与电场正交，磁场磁感应强度为 $\text{[math]}$ ，两板距离为d，C为粒子偏转分离器，磁感应强度为 $\text{[math]}$ ，今有一比荷未知的正粒子P，不计重力，从小孔 $\text{[math]}$ “飘入”（初速度为零），经加速后，该粒子从小孔 $\text{[math]}$ 以速度v进入速度选择器B并恰好通过，粒子从小孔 $\text{[math]}$ 进入分离器C后做匀速圆周运动，打在照相底片D点上。求：

（1）粒子P的比荷为多大；

（2）速度选择器的电压 $\text{[math]}$ 应为多大；

（3）另一同位素正粒子Q同样从小孔 $\text{[math]}$ “飘入”，保持 $\text{[math]}$ 和d不变，调节 $\text{[math]}$ 的大小，使粒子Q能通过速度选择器进入分离器C，最后打到照相底片上的F点（在D点右侧），测出F点与D点距离为x，若粒子带电量均为q，计算P、Q粒子的质量差绝对值 $\text{[math]}$ 。

关于甲乙丙丁四个图示，下列说明正确的是（　　）

某种质谱仪的结构示意图如图所示，主要构造包括加速电场（可左右平移）、静电分析器和磁分析器等。其中加速电场的电压为U，静电分析器是以 $\text{[math]}$ 为圆心的四分之一圆形通道，通道内有均匀辐射电场，方向沿径向指向圆心 $\text{[math]}$ ，且与圆心 $\text{[math]}$ 等距的各点电场强度大小相等，电场强度E与到圆心距离r的关系满足 $\text{[math]}$ （k未知）；磁分析器在以 $\text{[math]}$ 为圆心、圆心角为 $\text{[math]}$ 的圆形扇形区域内分布着磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界紧靠。由离子源静止释放出三种正离子a、b、c经相同电场加速后，分别从P、Q、M进入静电分析器，恰好能以 $\text{[math]}$ 为圆心做匀速圆周运动从磁分析器中 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 射出。已知PQ、QM间的距离都为 $\text{[math]}$ ， Q到圆心距离为R，不考虑电磁场的边缘效应，求：

如图所示，回旋加速器D形盒半径为R，狭缝宽为d，所加匀强磁场的磁感应强度可调，所加高频交变电源电压的频率为f．质量为m、电荷量为q的质子从右半盒的圆心附近由静止出发，经加速、偏转等过程，达到最大动能后由导向板处射出，忽略质子在狭缝加速运动的时间。 $\text{[math]}$ 粒子的质量为4m、电荷量为2q。下列说法中正确的是（　　）

带电粒子在磁场中运动的实例如图所示，下列判断正确的有（　　）

图中关于磁场中的四种仪器的说法中错误的是（）

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