如图所示为某种质谱仪的结构示意图。其中加速电场的电压为U,静电分析器中与圆心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
◎ 题目
如图所示为某种质谱仪的结构示意图。其中加速电场的电压为U,静电分析器中与圆心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点沿垂直于该点的场强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。测量出Q点与圆心O2的距离为d。 (1)求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小; (2)求磁分析器中磁场的磁感应强度B的大小和方向; (3)通过分析和必要的数学推导,请你说明如果离子的质量为0.9m,电荷量仍为q,其他条件不变,这个离子射出电场和射出磁场的位置是否变化。 |
◎ 答案
解:(1)离子在静电分析器中做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律有 ① 设离子进入静电分析器时的速度为v,离子在加速电场中加速的过程中,由动能定理有 ② 由①②解得 ③ (2)离子在磁分析器中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律有 ④ 由题意可知,圆周运动的轨道半径r=d ⑤ 由②④⑤式解得 ⑥ 磁场方向为垂直纸面向外 (3)设质量为0.9m的离子经加速电场加速后,速度为v′,由动能定理可得 ⑦ 由②⑦式可得 ⑧ 新离子进入电场时与O1的距离仍为R,新离子如果在电场中做半径为R的匀速圆周运动,所需要的向心力 ⑨ 由①⑧⑨式可得 即该离子所受电场力,恰好等于它若做匀速圆周运动的向心力,因此这个离子仍然在静电分析器中做半径为R的匀速圆周运动,仍从N点射出 由②④式可知,离子在磁分析器中做匀速圆周运动的半径,与离子的质量有关,所以不能沿原来的轨迹从Q点射出磁场 |
◎ 解析
“略”◎ 知识点
专家分析,试题“如图所示为某种质谱仪的结构示意图。其中加速电场的电压为U,静电分析器中与圆心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…”主要考查了你对 【质谱仪】 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。- 最新内容
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下一篇:如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。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记
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