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带电粒子在电场中运动的综合应用
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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
网友投稿 2022-12-05 00:00:00 零零社区
◎ 题目
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L
1
，宽度为L
2
．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U
1
，试求离子进入偏转电场时的初速度v
0
；
（2）当a、b间的电压为U
1
时，在从M、N间加上适当的电压U
2
，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？
◎ 答案
（1）设离子的带电量为q，质量为m，有：
q
U
1
=
1
2
m
v
0
2
得：
v
0
=
2q
U
1
m
=
2k
U
1
（2）设离子在加速电场和偏转电场中的飞行时间分别为t
1
和t
2
，在加速电场中的加速度为a
1
，
则：
a
1
=
q
U
1
md
=
k
U
1
d
t
1
=
v
0
a
1
=d
2
k
U
1
t
2
=
L
1
v
0
=
L
1
2k
U
1
t=t
1
+t
2
联立解得：k=
(2d+
L
1
)
2
2
t
2
U
1
（3）设离子在偏转电场中的侧移量为y，则：
y=
1
2
a
2
t
2
2
=
1
2
k
U
2
L
2
L
1
2
2k
U
1
=
U
2
L
1
2
4
U
1
L
2
所以减小偏转电压U
2
，或增大加速电压U
1
答：（1）离子进入偏转电场时的初速度为
2k
U
1
．
（2）离子比荷k的表达式
(2d+
L
1
)
2
2
t
2
U
1
（3）减小偏转电压U
2
，或增大加速电压U
1
◎ 解析
“略”
◎ 知识点
专家分析，试题“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…”主要考查了你对 【动能定理】，【带电粒子在电场中运动的综合应用】 等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”，你可以点击相应的链接进行查看和学习。
http://www.00-edu.com/html/202212/409459.html
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