质谱仪_章节学习

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题型：简答题

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简答题

质量分别为m1m2的两个同位素粒子，电荷量为q，从容器A下方的小孔S1飘入，电势差为U的加速电场，初速度几乎为零．然后经过S3沿着与磁场垂直的方向射入磁感应强度为B的匀强磁场，最后分别达到照相底片上的C点和D点，已知点S3的距离CS3：DS3=10：11，求两种粒子的质量之比．

正确答案

解：在加速电场中，根据动能定理得

qU=mv2

得，v=．

在磁场中，有qvB=m，得 R==

轨迹直径 D=2R=

同位素q相等，由题意U、B相等，则===

所以打在C、D两点的粒子质量之比为100：121．

答：两种粒子的质量之比为100：121．

解析

解：在加速电场中，根据动能定理得

qU=mv2

得，v=．

在磁场中，有qvB=m，得 R==

轨迹直径 D=2R=

同位素q相等，由题意U、B相等，则===

所以打在C、D两点的粒子质量之比为100：121．

答：两种粒子的质量之比为100：121．

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题型：单选题

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单选题

如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图．速度选择器（也称滤速器）中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B1的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B2的方向垂直纸面向外．在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B1入射到速度选择器中，若m甲=m乙＜m丙=m丁，V甲＜V乙=V丙＜V丁，在不计重力的情况下，则分别打在P1、P2、P3、P4四点的离子分别是（　　）

A甲、乙、丙、丁

B甲、丁、乙、丙

C丁、乙、丙、甲

D甲、丁、丙、乙

正确答案

B

解析

解：四种粒子，只有两个粒子通过速度选择器，只有速度满足v=，才能通过速度选择器．所以通过速度选择器进入磁场的粒子是乙和丙，根据，R=，乙的质量小于丙的质量，所以乙的半径小于丙的半径，则乙打在P3点，丙打在P4点．

甲的速度小于乙的速度，即小于，洛伦兹力小于电场力，粒子向下偏转，打在P1点．丁的速度大于乙的速度，即大于，洛伦兹力大于电场力，粒子向上偏转，打在P2点．故B正确，A、C、D错误．

故选B．

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题型：多选题

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多选题

（2015秋•栖霞市期末）1932年，劳伦斯和利文斯顿设计出了回旋加速器．回旋加速器的工作原理如图所示，置于真空中的D形金属盒半径为R，两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过的时间可以忽略不计，磁感应强度为B的匀强磁场与盒面垂直．A处粒子源产生初速度不计、质量为m、电荷量为+q的粒子，粒子在狭缝中被加速，加速电压为U，加速过程中不考虑相对论效应和重力影响，则关于回旋加速器，下列说法正确的是（　　）

A带电粒子每一次通过狭缝时获得的能量不同

BD形盘的半径R越大，粒子离开回旋加速器时获得的速度越大

C交变电源的加速电压U越大，粒子离开回旋加速器时获得的速度越大

D带电粒子每一次在磁场中运动的时间相同

正确答案

B,D

解析

解：A、根据带电粒子从电场中获得能量，则由动能定理，qU=△Ek，可知，每一次通过狭缝时获得的能量相同．故A错误．

B、C、根据半径公式r=知，v=，则粒子的最大动能Ek=mv2=，与加速的电压无关，与D形盒的半径以及磁感应强度有关，D形盒的半径R越大，粒子加速所能获得的最大动能越大．故B正确，C错误；

D、根据周期公式T=，带电粒子在磁场中运动的时间与速率无关，因此每一次在磁场中运动的时间相同．故D正确．

故选：BD．

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题型：单选题

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单选题

如图甲是回旋加速器的原理示意图．其核心部分是两个D型金属盒，在加速带电粒子时，两金属盒置于匀强磁场中（磁感应强度大小恒定），并分别与高频电源相连．加速时某带电粒子的动能EK随时间t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，则下列判断正确的是（　　）

A高频电源的变化周期应该等于tn-tn-1

B在EK-t图象中t4-t3=t3-t2=t2-t1

C粒子加速次数越多，粒子获得的最大动能一定越大

D不同粒子获得的最大动能都相等

正确答案

B

解析

解：

A、交流电源的周期必须和粒子在磁场中运动的周期一致，故电源的变化周期应该等于2（tn-tn-1），故A错误；

B、根据T=知，粒子回旋周期不变，在Ek-t图中应有t4-t3=t3-t2=t2-t1，故B正确；

C、D根据公式r=，得v=，故最大动能Ekm=mv2=，则知粒子获得的最大动能与D形盒的半径有关，D形盒的半径越大，粒子获得的最大动能越大，与加速的次数无关．故C错误，D也错误；

故选：B．

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题型：简答题

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简答题

如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场，然后让粒子从小孔S3垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最后打到底片D上，粒子的重力忽略不计．

（1）粒子在S1、S2之间做什么运动？在S2、S3之间做何种运动，在磁场区域将做何种运动？

（2）粒子刚进入磁场时的速度大小

（3）若粒子最终打到底片的D点，S3距离D多远？

正确答案

解：（1）粒子在S1、S2区做初速度为零的匀加速直线运动；

在S2、S3区做匀速直线运动；在磁场区做匀速圆周运动．

（2）由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，

解得：v=；

（3）由洛伦兹力提供向心力，粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为R，

则有：Bqv=m

即由此可得R=

D点到S3的距离 d=2R=；

答：（1）粒子在S1、S2区做初速度为零的匀加速直线运动；

在S2、S3区做匀速直线运动；在磁场区做匀速圆周运动．

（2）粒子刚进入磁场时的速度大小v=；

（3）若粒子最终打到底片的D点，S3距离为．

解析

解：（1）粒子在S1、S2区做初速度为零的匀加速直线运动；

在S2、S3区做匀速直线运动；在磁场区做匀速圆周运动．

（2）由动能定理知，粒子在电场中得到的动能等于电场对它所做的功，

解得：v=；

（3）由洛伦兹力提供向心力，粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径为R，

则有：Bqv=m

即由此可得R=

D点到S3的距离 d=2R=；

答：（1）粒子在S1、S2区做初速度为零的匀加速直线运动；

在S2、S3区做匀速直线运动；在磁场区做匀速圆周运动．

（2）粒子刚进入磁场时的速度大小v=；

（3）若粒子最终打到底片的D点，S3距离为．

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