3.质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,它的构造原理如图所示,离子源S产生一个质量为m,电荷量为q的正离子,离子产生出来时的速度很小,可以看作是静止的,离子产生出来后经过电压U加速,进入磁感应强度为B的匀强磁场,沿着半圆运动而达到记录它的照相底片P上,测得它在P上的位置到入口处S1的距离为x,则下列说法正确的是( )
A.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明离子的质量一定变大
B.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明加速电压U一定变大
C.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明磁感应强度B一定变大
D.若某离子经上述装置后,测得它在P上的位置到入口处S1的距离大于x,则说明离子所带电荷量q可能变小
解析由qU= mv2,得v= ,x=2R,所以x= ,可以看出,x变大,可能是因为m变大,U变大,q变小,B变小,故只有D对。
答案D
4.有一回旋加速器,它的高频电源的频率为1.2×107 Hz,D形盒的半径为0.532 m,求加速氘核时所需的磁感应强度为多大?氘核所能达到的最大动能为多少?(氘核的质量为3.3×10-27 kg,氘核的电荷量为1.6×10-19 C)
解析氘核在磁场中做圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,据牛顿第二定律qvB=m ,周期T= ,解得圆周运动的周期T= 。
要使氘核每次经过电场均被加速,则其在磁场中做圆周运动的周期等于交变电压的周期,即T= 。
所以B=
= T
=1.55T。
设氘核的最大速度为v 。max,对应的圆周运动的半径恰好等于D形盒的半径,所以vmax=
故氘核所能达到的最大动能
Emax= m·2= J=2.64×10-12J。
答案1.55 T 2.64×10-12 J
