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、S
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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、S
题型:北京期末题
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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S
1
、S
2
间电压为U的电场加速后,从狭缝S
3
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S
3
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。
答案
解:(1)设离子经S
1
、S
2
间电压为U的电场加速后动能为
根据动能定理
(2)设离子进入磁场后做匀速圆周运动,速率为v,半径为R,离子质量为m
洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律
①
又因R=
x ②
由①②两式解得离子在磁场中运动时的动量大小
(3)对于离子经电压U加速过程,根据动能定理
③
联立①②③,解得m=
举一反三
下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。速度选择器内互相垂直的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E 。挡板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A
1
A
2
,平板S下方有强度为B
0
的匀强磁场,粒子重力不计。下列表述正确的是( )
A.质谱仪是测粒子电量的重要工具
B.速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外
C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等于B/E
D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P,粒子的比荷越小
题型:湖南省期末题
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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S
1
、S
2
间电压为U的电场加速后,从狭缝S
3
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S
3
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)。
题型:北京期末题
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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P
1
极板带正电
C.在B
2
磁场中运动半径越大的粒子,质量越大
D.在B
2
磁场中运动半径越大的粒子,荷质比q/m越小
题型:专项题
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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
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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S
1
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S
1
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
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