飞行时间质谱仪可对气体分子进行分析.如图所示,在真空状态下,脉冲阀P喷出微量气体,经激光照射产生电荷量为q、质量为m的正离子,自a板小孔进入a、b间的加速电场,从b板小孔

首页 > 考试 > 物理 > 高中物理 > 动能定理/2022-11-05 / 加入收藏 / 58 阅读 [打印]
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◎ 题目

飞行时间质谱仪可对气体分子进行分析.如图所示,在真空状态下,脉冲阀P喷出微量气体,经激光照射产生电荷量为q、质量为m的正离子,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a、b板间距为d,极板M、N的长度和间距均为L.不计离子重力及进入a板时的初速度.(1)当a、b间的电压为U1,在M、N间加上适当的电压U2,使离子到达探测器.求离子到达探测器的全部飞行时间.
(2)为保证离子不打在极板上,试求U2与U1的关系.
魔方格

◎ 答案


(1)在加速过程中,电势能转化为动能,由动能定理有:
qU1=
1
2
mv2

离子在a、b间的加速度为:
a1=
qU1
md

离子在a、b间做匀加速直线运动,运动的时间为:
t1=
v
a1
=d

2m
qU1

在MN间做类平抛运动,运动的时间为:
t2=
L
v
=L

m
2qU1

离子达到探测器的时间:
t=t1+t2=(2d+L)

m
2qU1

(2)离子在MN间做类平抛运动,侧移距离为:
y=
1
2
a2
t22
=
1
2
qU2
mL
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