飞行时间质谱仪可通过测量离子飞行时间得到离子的比荷q/m，如图1。带正电的离子经电压为U的电场加速后进入长度为L的真空管AB，可测得离子飞越AB所用时间t1。改

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飞行时间质谱仪可通过测量离子飞行时间得到离子的比荷q/m，如图1。带正电的离子经电压为U的电场加速后进入长度为L的真空管AB，可测得离子飞越AB所用时间t₁。改进以上方法，如图2，让离子飞越AB后进入场强为E（方向如图）的匀强电场区域BC，在电场的作用下离子返回B端，此时，测得离子从A出发后返回B端飞行的总时间为t₂（不计离子重力）。
（1）忽略离子源中离子的初速度用t₁计算荷质比。
（2）离子源中相同比荷的离子由静止开始可经不同的加速电压加速，设两个比荷都为q/m的离子分别经加速电压U₁、U₂加速后进入真空管，在改进后的方法中，它们从A出发后返回B端飞行的总时间通常不同，存在时间差Δt，可通过调节电场E使Δt＝0。求此时E的大小。

答案

（1）

（2）

解析

试题分析：（1）设离子带电量为q，质量为m，经电场加速后的速度为v，则

²…（2分）
离子飞越真空管，在AB做匀速直线运动，则L＝vt₁…（2分）解得荷质比：

…（1分）
（2）两离子加速后的速度分别为v₁、v₂，则

、

，…（2分）
离子在匀强电场区域BC中做往返运动，设加速度为a，则qE＝ma…（1分），
两离子从A出发后返回B端飞行的总时间为

…（1分）、t₂＝

＋

…（1分）
t₁－t₂＝

，要使Δt＝0，则须

解得：

…（2分）
点评：带电粒子在电场中的运动所遵循的规律和力学中的运动规律相同，故学好力学是学习电学的基础．

举一反三

示波器是一种多功能电学仪器，可以在荧光屏上显示出被检测的电压波形.它的工作原理等效成下列情况：如图所示,真空室中电极K发出电子（初速度不计），经过电压为U₁的加速电场后，由小孔S沿水平金属板，A、B间的中心线射入板中.板长L，相距为d，在两板间加上如图乙所示的正弦交变电压，前半个周期内B板的电势高于A板的电势，电场全部集中在两板之间，且分布均匀.在每个电子通过极板的极短时间内，电场视作恒定的.在两极板右侧且与极板右端相距D处有一个与两板中心线垂直的荧光屏，中心线正好与屏上坐标原点相交.当第一个电子到达坐标原点O时，使屏以速度v沿-x方向运动，每经过一定的时间后，在一个极短时间内它又跳回到初始位置，然后重新做同样的匀速运动.(已知电子的质量为m，带电量为e，不计电子重力)求：

（1）电子进入AB板时的初速度；
（2）要使所有的电子都能打在荧光屏上，图乙中电压的最大值U₀需满足什么条件？
（3）要使荧光屏上始终显示一个完整的波形，①荧光屏必须每隔多长时间回到初始位置？②计算这个波形的最大峰值和长度.③并在如图丙所示的x-y坐标系中画出这个波形.

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如图甲所示，质量为m、电荷量为e的电子经加速电压U₁，加速后，在水平方向沿O₁O₂垂直进入偏转电场．已知形成偏转电场的平行板电容器的极板长为L(不考虑电场边缘效应)，两极板间距为d，O₁O₂为两极板的中线，P是足够大的荧光屏，且屏与极板右边缘的距离也为L．求：

(1)粒子进入偏转电场的速度v的大小；
(2)若偏转电场两板间加恒定电压，电子经过偏转电场后正好打中屏上的A点，A点与极板M在同一水平线上，求偏转电场所加电压U₂；
(3)若偏转电场两板间的电压按如图乙所示作周期性变化，要使电子经加速电场后在t=0 时刻进入偏转电场后水平击中A点，试确定偏转电场电压U₀以及周期T分别应该满足的条件．

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如图，两块平行金属板A、B彼此平行放置，板间距离为d，两板分别带有等量异种电荷，且A板带正电，两板中间有一带负电的油滴P，当两板水平放置时，油滴恰好平衡，若把两板倾斜60°，把油滴从P静止释放，油滴可以打在金属板上，问：

（1）油滴将打在哪块金属板上？
（2）油滴打在金属板上的速率是多少？

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（12分）如图所示，在

轴上方有一竖直向下的匀强电场区域，电场强度为

。

轴下方分布有很多磁感应强度为

的条形匀强磁场区域，其宽度均为为

，相邻两磁场区域的间距为

。现将一质量为

、电荷量为

的带正电的粒子（不计重力）从

轴上的某处静止释放。

（1）若粒子从坐标（0,

）点由静止释放，要使它经过

轴下方时，不会进入第二磁场区，

应满足什么条件？
（2）若粒子从坐标（0,

）点由静止释放，求自释放到第二次过

轴的时间。

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如图所示,PQ、MN两极板间存在匀强电场,两极板间电势差为U、间距为d,MN极板右侧虚线区域内有垂直纸面向内的匀强磁场.现有一初速度为零、带电量为q、质量为m的离子从PQ极板出发,经电场加速后,从MN上的小孔A垂直进入磁场区域,并从C点垂直于虚线边界射出.求:
(1)离子从小孔A射出时速度v0；
(2)离子带正电还是负电？C点离MN板的距离？

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