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

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

题型:丰台区二模难度:来源:
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11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=q/m),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
(2)当a、b间的电压为U1时,在从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:
(3)在某次测量中探测器始终无法观察到离子,分析原因是离子偏转量过大,打到极板上,请说明如何调节才能观察到离子?魔方格
答案
(1)设离子的带电量为q,质量为m,有:
qU1=
1
2
mv02

得:v0=


2qU1
m
=


2kU1

(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:a1=
qU1
md
=
kU1
d

t1=
v0
a1
=d


2
kU1

t2=
L1
v0
=
L1


2kU1

t=t1+t2
联立解得:k=
(2d+L1)2
2t2U1

(3)设离子在偏转电场中的侧移量为y,则:
y=
1
2
a2t22=
1
2
kU2
L2
L12
2kU1
=
U2L12
4U1L2

所以减小偏转电压U2,或增大加速电压U1
答:(1)离子进入偏转电场时的初速度为


2kU1

(2)离子比荷k的表达式
(2d+L1)2
2t2U1

(3)减小偏转电压U2,或增大加速电压U1
举一反三
如图所示,在离地2.4m高的光滑水平桌面上停放着质量0.5kg的小铁块,一个大小为2N的水平推力持续作用在小铁块上移动2m后被撤去,同时小铁块飞出桌边抛到地上,取g=10m/s2,空气阻力不计,求:
(1)小铁块离开桌面时的速度的大小.
(2)小铁块从开始运动到落到地上的全过程中,小铁块所受的重力做的功.
(3)小铁块在落地时的速度大小.魔方格
题型:不详难度:| 查看答案
一带负电的小球从空中的a点运动到b点的过程中,受重力、空气阻力和电场力作用,重力对小球做功3.5J,小球克服空气阻力做功0.5J,电场力对小球做功1J,则下列选项正确的是(  )
A.小球在a点的重力势能比在b点少3.5J
B.小球在a点的机械能比在b点大0.5J
C.小球在a点的电势能比在b点大0.5J
D.小球在a点的动能比在b点少4J
题型:南开区二模难度:| 查看答案
如图所示,两块水平放置的带电平行金属板间有竖直向上的匀强电场,一个质量为m,带电量为q的油滴以初速度v0进入电场,并在电场中沿直线运动了一段时间,空气阻力不计,则(  )
A.该油滴带正电
B.在这段时间内电场力所做的功等于油滴重力势能的变化
C.在这段时间内油滴的机械能保持不变
D.在这段时间内油滴的动能保持不变
魔方格
题型:泰州模拟难度:| 查看答案
如图所示,小球以60J的初动能从A出发,沿粗糙斜面向上运动,在上升到B点的过程中,小球动能损失了50J,机械能损失了10J,则小球落回到出发点A时的动能是多少?魔方格
题型:不详难度:| 查看答案
如图所示,处于真空中的匀强电场与水平方向成15°角,AB直线与匀强电场E互相垂直.在A点以大小为v0的初速度水平抛出一质量为m,带电量为+q的小球,经时间t,小球下落一段距离过C点(图中未画出)时速度仍为v0,在小球由A点运动到C点的过程中,下列说法中正确的是(  )
A.电场力对小球做功为零
B.小球的电势能增加
C.小球的机械能减少量为
1
2
mg2t2
D.C可能位于AB直线的左侧
魔方格
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