质谱仪_章节学习

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题型：多选题

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多选题

如图是质谱仪的工作原理示意图，带电粒子以一定速度进入速度选择器．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下方有强度为B0的匀强磁场．下列表述正确的是（　　）

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

C粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小

D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越大

正确答案

B,D

解析

解：A、根据带电粒子在磁场中的偏转方向，根据左手定则知，该粒子带正电，则在速度选择器中电场力水平向右，则洛伦兹力水平向左，根据左手定则知，磁场方向垂直纸面向外．故A错误．

B、在速度选择器中，电场力和洛伦兹力平衡，有：qE=qvB，解得v=．故B正确．

C、进入偏转电场后，有：qvB0=m，解得：r==，知越靠近狭缝P，r越小，比荷越大．故C错误，D正确．

故选：BD．

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题型：单选题

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单选题

如图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，两金属盒置于磁感应强度大小为B的匀强磁场中，并分别与高频电源相连，已知加速电压为U，D形金属盒的半径为R，两盒之间狭缝距离为d．若在D形盒中心处粒子源产生质量为m，电荷量为+q的质子在加速器中被加速，（忽略粒子质量变化，忽略粒子重力）则下列判断中正确的是（　　）

A质子获得最大速度

B质子每次加速经过D形盒间的狭缝轨道半径是加速前轨道半径的2倍

C质子在电场中与磁场中运动总时间为t=+

D不改变磁感应强度B和交变电流的频率f，该回旋加速器也能用于加速氘核

正确答案

C

解析

解：A、由qvmB= 得R=

那么vm=，粒子获得的最大动能Ekm=，故A错误；

B、由动能定理可得△Ek=qU，可知每次加速动能增加相同，但速度增加不是相同，根据R=，可知，狭缝轨道半径不是加速前轨道半径的2倍，故B错误；

C、设粒子加速的次数为N，由动能定理可得：NqU=Ekm=，

则有：N=，故在磁场中运动的时间为：tB=T=，

在电场中匀加速运动：Nd=tE2

解得：tE=d，

故在电磁场中运动的总时间为：t=+d=+，故C正确；

D、加速粒子的周期等于交变电流的周期，故不改变磁感应强度B和交变电流的频率f，该回旋加速度器不能用于加速氘核，故D错误；

故选：C．

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题型：简答题

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简答题

飞行时间质谱仪可以对气体分子进行分析．飞行时间质谱仪主要由脉冲阀、激光器、加速电场、偏转电场和探测器组成，探测器可以在轨道上移动以捕获和观察带电粒子．整个装置处于真空状态．加速电场和偏转电场电压可以调节，只要测量出带电粒子的飞行时间，即可以测量出其比荷．如图所示，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生不同价位的离子，自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区，到达探测器．已知加速电场ab板间距为d，偏转电场极板M、N的长度为L1，宽度为L2．不计离子重力及进入a板时的初速度．

（1）设离子的比荷为k（k=），如a、b间的加速电压为U1，试求离子进入偏转电场时的初速度v0；以及探测器偏离开中线的距离y．

（2）当a、b间的电压为U1时，在M、N间加上适当的电压U2，离子从脉冲阀P喷出到到达探测器的全部飞行时间为t．请推导出离子比荷k的表达式：

正确答案

解：（1）设离子的带电量为q，质量为m，有：

得：

正离子在平行板M、N间水平方向运动的位移为x时，在竖直方向运动的位移为y，有：

水平方向：L1=v0t

竖直方向：y=

加速度：

解得：y=

（2）设离子在加速电场和偏转电场中的飞行时间分别为t1和t2，在加速电场中的加速度为a1，则：

t=t1+t2

联立解得：

答：（1）离子进入偏转电场时的初速度为；探测器偏离开中线的距离y为．

（2）离子比荷k的表达式为．

解析

解：（1）设离子的带电量为q，质量为m，有：

得：

正离子在平行板M、N间水平方向运动的位移为x时，在竖直方向运动的位移为y，有：

水平方向：L1=v0t

竖直方向：y=

加速度：

解得：y=

（2）设离子在加速电场和偏转电场中的飞行时间分别为t1和t2，在加速电场中的加速度为a1，则：

t=t1+t2

联立解得：

答：（1）离子进入偏转电场时的初速度为；探测器偏离开中线的距离y为．

（2）离子比荷k的表达式为．

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题型：多选题

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多选题

关于回旋加速器中电场和磁场作用的叙述，正确的是（　　）

A电场和磁场都对带电粒子起加速作用

B只有电场对带电粒子做功的

C磁场只对带电粒子起偏转作用

D带电粒子在磁场中的运动周期会随运动半径的增大而增大

正确答案

B,C

解析

解：A、B、C、回旋加速器只有电场能对带电粒子起加速作用，磁场的作用是偏转，故A错误，BC正确；

D、粒子做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律，有：

qvB=mvω

其中：

ω=

解得：

T=，带电粒子在磁场中的运动时间与半径无关，是固定的，故D错误；

故选：BC．

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题型：多选题

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多选题

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．下列表述正确的是（　　）

A质谱仪是分析同位素的重要工具

B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里

C能通过狭缝P的带电粒子的速率等于

D粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越大

正确答案

A,C,D

解析

解：A、进入B0的粒子满足=，知道粒子电量后，便可求出m的质量，所以质谱仪可以用来分析同位素，故A正确；

B、假设粒子带正电，则受电场力向左，由左手定则可判断磁场方向垂直直面向外，故B错误；

C、由qE=qvB，得v=，此时离子受力平衡，可沿直线穿过选择器，故C正确；

D、由=，知R越小，荷质比越大；粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子圆周运动的半径越小荷质比越大；故D正确；

故选：ACD．

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