如图所示为一质谱仪的构造原理示意图，整个装置处于真空环境中，离子源N可释放出质量均为m、电荷量均为q（q＞0）的离子。离子的初速度很小，可忽略不计。离子经S1、

题型：北京期末题难度：来源：

如图所示为一质谱仪的构造原理示意图，整个装置处于真空环境中，离子源N可释放出质量均为m、电荷量均为q（q＞0）的离子。离子的初速度很小，可忽略不计。离子经S₁、S₂间电压为U的电场加速后，从狭缝S₃进入磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场中，沿着半圆运动到照相底片上的P点处，测得P到S₃的距离为x。求：
（1）离子经电压为U的电场加速后的速度v；
（2）离子的荷质比（q/m）。

答案

解：（1）离子经S₁、S₂间电压为U的电场加速，根据动能定理
qU=

所以

①
（2）设离子进入磁场后做匀速圆周运动速率为v，半径为R
洛伦兹力提供向心力

②
又因R=

x ③
联立①②③，解得

举一反三

不定项选择1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖。若速度相同的同一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是( )

A．该束带电粒子带负电
B．速度选择器的P₁极板带正电
C．在B₂磁场中运动半径越大的粒子，质量越大
D．在B₂磁场中运动半径越大的粒子，荷质比q/m越小

题型：专项题难度：| 查看答案

质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具，如图为质谱仪原理示意图。现利用这种质谱议对氢元素进行测量。氢元素的各种同位素从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场，加速后垂直进入磁感强度为B的匀强磁场中。氢的三种同位素氕、氘、氚的电量之比为1：1：1，质量之比为1：2：3，它们最后打在照相底片D上，形成a、b、c三条“质谱线”。关于三种同位素进入磁场时速度的排列顺序和a、b、c三条“质谱线”的排列顺序，下列判断正确的是（）

A．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氚、氘、氕
B．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氘、氚、氕
C．a、b、c三条质谱线依次排列的顺序是氘、氚、氕
D．a、b、c三条质谱线依次排列的顺序是氚、氘、氕

题型：0114 月考题难度：| 查看答案

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产生电荷量为q的某种正离子，离子产生时的速度很小，可以看作是静止的，离子经过电压U加速后形成离子流，然后垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动而到达记录它的照相底片P上。实验测得，它在P上的位置到入口处S₁的距离为a，离子流的电流为I。请回答下列问题：
（1）在时间t内到达照相底片P上的离子的数目为多少？
（2）单位时间内穿过入口S₁处离子流的能量为多大？
（3）试证明这种离子的质量为

_。

题型：同步题难度：| 查看答案

有一种质谱仪的工作原理图如图所示，加速电场的电压为U，静电分析器中有会聚电场，即与圆心O₁等距各点的电场强度大小相同，方向沿径向指向圆心O₁。磁分析器中以O₂为圆心、圆心角为90°的扇形区域内，分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子（初速度为零，重力不计），经加速电场加速后，从M点沿垂直于该点的电场方向进入静电分析器，在静电分析器中，离子沿半径为R的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，并从N点射出静电分析器。而后离子由P点沿着既垂直于磁分析器的左边界，又垂直于磁场方向射入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q点射出，并进入收集器。已知磁分析器中磁场的磁感应强度大小为B。
（1）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小；
（2）求出Q点与圆心O₂的距离为d；
（3）若仅离子的质量变为m₁（m₁≠m），而离子的电荷量q及其他条件不变，试判断该离子能否还从Q点射出磁分析器，并简要说明理由。

题型：江苏模拟题难度：| 查看答案

如图所示为一质谱仪的构造原理示意图，整个装置处于真空环境中，离子源N可释放出质量相等、电荷量均为q（q>0）的离子，离子的初速度很小，可忽略不计，离子经S₁、S₂间电压为U的电场加速后，从狭缝S_a进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场中，沿着半圆运动到照相底片上的P点处，测得P到S₃的距离为x。求：
（1）离子经电压为U的电场加速后的动能；
（2）离子在磁场中运动时的动量大小；
（3）离子的质量。

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