高中物理最基礎(chǔ)考點(diǎn)考點(diǎn)31質(zhì)譜儀新人教版選修

所謂的光輝歲月，并不是以后，閃耀的日子，而是無(wú)人問(wèn)津時(shí)，你對(duì)夢(mèng)想的偏執(zhí)。所謂的光輝歲月，并不是以后，閃耀的日子，而是無(wú)人問(wèn)津時(shí)，你對(duì)夢(mèng)想的偏執(zhí)。1010放棄很簡(jiǎn)潔，但你堅(jiān)持到底的樣子肯定很酷！質(zhì)譜儀(選修3-1第三章：磁場(chǎng)的第六節(jié)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))★★★31質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀(選修3-1第三章：磁場(chǎng)的第六節(jié)帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng))★★★○○○○質(zhì)譜儀：依據(jù)帶電粒子在電磁場(chǎng)中能夠偏轉(zhuǎn)的原理，制造出的能夠分別和檢測(cè)不同同位素的儀器。1、構(gòu)造：如圖甲所示，由粒子源、加速電場(chǎng)、偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)和照相底片等構(gòu)成。○○○○12、原理：粒子由靜止被加速電場(chǎng)加速，依據(jù)動(dòng)能定理可得關(guān)系式q＝m2。22粒子在磁場(chǎng)中受洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn)，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，依據(jù)牛頓其次定律得關(guān)系式qvB＝mr。粒子軌道半徑r粒子軌道半徑r＝B12mUq，m＝q22q2U，比荷＝mBr2U。22質(zhì)譜儀的主要特征將質(zhì)量數(shù)不等，電荷數(shù)相等的帶電粒子經(jīng)同一電場(chǎng)加速后進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)。mv各粒子由于軌道半徑不同而分別，其軌道半徑r＝＝

2mEk＝

2mqUqB qB qB＝1B2mUq。在上式中，BU、q＝1B2mUq?！捕囗?xiàng)選擇2023年高考廣東物理〕B和ES上有可讓粒子通過(guò)的狹縫P和記錄粒子位置的膠片AA平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)以下表述正確的選項(xiàng)是〔 〕12 0A．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具B．速度選擇器中的磁場(chǎng)方向垂直紙面對(duì)內(nèi)C．能通過(guò)的狹縫P的帶電粒子的速率等于E/BD．粒子打在膠片上的位置越靠近狹縫P，粒子的比荷越小【答案】AC1〔2023-2023學(xué)年陜西省三原縣北城中學(xué)高二第四次月考〕如下圖，有A、B、C、D四個(gè)離子，它們帶等量的同種電荷，質(zhì)量關(guān)系mA=mB<mC=mD，以不等的速度vA<vB=vC<vD進(jìn)入速度選擇器后，只有兩種離子從速度選擇器中射出，進(jìn)入B磁場(chǎng)，由此可以推斷2A．離子應(yīng)帶負(fù)電 B．進(jìn)入B磁場(chǎng)的離子是C、D離子2C．到達(dá)b位置的是C離子 D．到達(dá)a位置的是C離子【答案】D【點(diǎn)撥】此題題干雖然沒(méi)有明確說(shuō)明該裝置為質(zhì)譜儀，但也能推斷出來(lái)，明確只有速度滿足肯定條件時(shí)才能通過(guò)速度選擇器，由洛侖茲力供給向心力能夠推導(dǎo)出粒子偏轉(zhuǎn)半徑公式，推斷半徑與哪些因素有關(guān)。2〔2023全國(guó)課標(biāo)I卷，15〕現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來(lái)分析比質(zhì)子重很多倍的離子，其示意圖如下圖，其中加速電壓恒定。質(zhì)子在入口處從靜止開(kāi)頭被加速電場(chǎng)加速，經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后從出口離開(kāi)磁場(chǎng)。假設(shè)某種一價(jià)正離子在入口處從靜止開(kāi)頭被同一加速電場(chǎng)加速，為使它經(jīng)勻強(qiáng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開(kāi)磁場(chǎng)，需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來(lái)的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為〔 〕A.11【答案】D

B.12 C.121 D.144【精細(xì)解讀】設(shè)質(zhì)子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)分別為m、q，一價(jià)正離子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)為m、q

，對(duì)于1 1 2 22qUm任意粒子，在加速電場(chǎng)中，由動(dòng)能定理得：qU1mv20 得v ①2qUm2v2vqvBm ②r由題意，由于兩種粒子從同一入口垂直進(jìn)入磁場(chǎng)，從同一出口垂直離開(kāi)磁場(chǎng)，故在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑應(yīng)一樣．1 2mU r B m q 1r

2

1 2B q r B2 1m 1

m q 12 1B2

1

q，可得12 m2

144，故一價(jià)正離子與質(zhì)子的質(zhì)量比約為144。3〔2023〕如下圖，一束含有1H、2H的帶電粒1 1OOOO處射出后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，最終1 12 2PP兩點(diǎn)，不計(jì)粒子間的相互作用。則1 2打在P1

點(diǎn)的粒子是2H1OP的長(zhǎng)度是OP222 211H粒子與2H粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為2：11 11H粒子與2H粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的時(shí)間之比為1：11 1【答案】B子與2H粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期之比為1:2，運(yùn)動(dòng)半個(gè)周期，則時(shí)間之比也為1:2，選項(xiàng)CD120201001〔20235〔二?！忱砭C〕如下圖，兩平行金屬板P、Q水平放置，上極板帶正電，下極板帶負(fù)電；板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)〔圖中未畫(huà)出。一個(gè)帶電粒子在兩板間沿虛線所示路徑做勻速直線運(yùn)動(dòng)。粒子通過(guò)兩平行板后從O點(diǎn)垂直進(jìn)入另一個(gè)垂直紙面對(duì)外的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，粒子做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)半個(gè)周期后打在擋板MN上的A點(diǎn)。不計(jì)粒子重力。則以下說(shuō)法的是此粒子肯定帶正電P、Q間的磁場(chǎng)肯定垂直紙面對(duì)里假設(shè)另一個(gè)帶電粒子也能做勻速直線運(yùn)動(dòng)，則它肯定與該粒子具有一樣的荷質(zhì)比假設(shè)另一個(gè)帶電粒子也能沿一樣的軌跡運(yùn)動(dòng)，則它肯定與該粒子具有一樣的荷質(zhì)比【答案】C【解析】由粒子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡，依據(jù)左手定則可知，粒子帶正電，選項(xiàng)A正確；粒子在兩板間2〔多項(xiàng)選擇〔江西省南昌三中2023-2023學(xué)年高二上學(xué)期期末〕位素的重要工具．如下圖為質(zhì)譜儀的原理示意圖．現(xiàn)利用這種質(zhì)譜儀對(duì)氫元素進(jìn)展測(cè)量．氫元素的各種ASUB強(qiáng)磁場(chǎng)中．氫的三種同位素氕、氘、氚的電量之比為1：1：1，質(zhì)量之比為1：2：3，它們最終打在照相底片Da、b、c三條“質(zhì)譜線”．關(guān)于三種同位素進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度大小的排列挨次和a、b、c“質(zhì)譜線”的排列挨次，以下推斷正確的選項(xiàng)是〔〕進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度從大到小排列的挨次是氚、氘、氕進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度從大到小排列的挨次是氕、氘、氚a、b、c三條質(zhì)譜線依次排列的挨次是氕、氘、氚a、b、c三條質(zhì)譜線依次排列的挨次是氚、氘、氕【答案】BD3〔多項(xiàng)選擇〕PS1 0進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，在磁場(chǎng)B中分為如下圖的三束，則以下相關(guān)說(shuō)法中正確的選項(xiàng)是( )2 2A.速度選擇器的P極板帶負(fù)電 B.粒子1帶負(fù)電1C.能通過(guò)狹縫S的帶電粒子的速率等于E/B D.粒子2的比荷q/m確定值最大0 1【答案】BC【解析】假設(shè)粒子帶正電，在平行金屬板中受到電場(chǎng)力和洛倫茲力兩個(gè)力作用而做勻速直線運(yùn)動(dòng)，由左E【點(diǎn)撥】此題中正交的電磁場(chǎng)是速度選擇器，v=B

的結(jié)論與粒子的質(zhì)量、電荷量無(wú)關(guān)．4〔2023-2023學(xué)年內(nèi)蒙古赤峰二中高二上其次次月考質(zhì)譜儀是一種測(cè)定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如下圖。離子源S產(chǎn)生的各種不同正離子束〔速度可看作為零，經(jīng)加速電場(chǎng)〔加速電場(chǎng)極板間的距離為d、電勢(shì)差為U〕加速，然后垂直進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最終到達(dá)記錄它的照相底片PP上的位置與入口處S1

x。q求該離子的荷質(zhì)比 。m假設(shè)離子源產(chǎn)生的是帶電量為q、質(zhì)量為m和m1 2

的同位素離子〔m1

m，它們分別到達(dá)照相底2pp1 2

位置〔圖中末畫(huà)出，求p、p1 2

間的距離x。2 2qUm2q【答案〔1〕 8U 〔2〕 ( m)2 2qUm2qm B2r2 Bq 11【解析】〔1〕qU

mv2①2離子在磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng),由牛頓其次定律得:qvBmv2②rx=2r考點(diǎn)：帶電粒子在磁場(chǎng)及電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)【點(diǎn)撥】此題考察了帶電粒子在電場(chǎng)中的加速和在磁場(chǎng)中的偏轉(zhuǎn)，結(jié)合牛頓其次定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式綜合求解．5〔2023海淀2?！?0分〕如圖為某種質(zhì)譜儀的構(gòu)造的截面示意圖，該種質(zhì)譜儀由加速電場(chǎng)、靜電分析器、磁分析器及收集器組成。其中靜電分析器由兩個(gè)相互絕緣且同心的四分之一圓柱面的金屬電極K1KRR，O點(diǎn)是圓柱面電極的圓心。SS分別為靜電分析器兩端為2 1 2 1 1 2帶電粒子進(jìn)出所留的狹縫。靜電分析器中的電場(chǎng)的等勢(shì)面在該截面圖中是一系列以O(shè)1

為圓心的同心圓弧，AK、KO

為圓心的四分之一圓弧的區(qū)域，該區(qū)域有垂1 2 2P1

為磁分析器上為帶電粒子進(jìn)入所留的狹縫，OP的連線與OS的連線垂直。21 11靜電分析器K2A K1S加速電場(chǎng)S1U

S2 P1O2O1

d

磁分析器離子源 收集器離子源不斷地發(fā)出正離子束，正離子束包含電荷量均為q的兩種質(zhì)量分別為m、m′(m<m′<2m)的同位素離子，其中質(zhì)量為m的同位素離子個(gè)數(shù)所占的百分比為α。離子束從離子源發(fā)出的初速度可無(wú)視不計(jì)，USOS

的方向進(jìn)入靜電分析器。穩(wěn)定狀況下，離子束1 11進(jìn)入靜電分析器時(shí)的等效電流為I。進(jìn)入靜電分析器后，質(zhì)量為m的同位素離子沿等勢(shì)線A運(yùn)動(dòng)并從狹縫SPOPP

沿垂直于2 1 21 2OP的方向射出，最終進(jìn)入收集器。無(wú)視離子的重力、離子之間的相互作用、離子對(duì)場(chǎng)的影響和場(chǎng)的邊緣效22應(yīng)。求靜電分析器中等勢(shì)線A上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大?。煌ㄟ^(guò)計(jì)算說(shuō)明質(zhì)量為m′的同位素離子能否從狹縫S2

射出電場(chǎng)并最終從磁場(chǎng)下邊界射出；求收集器單位時(shí)間內(nèi)收集的離子的質(zhì)量M。04U N﹒m+N﹒m′I〔1〕E＝

〔2〕能從磁場(chǎng)下邊界射出〔M=1 2

[α﹒m+(1－α)m′]。R+R 0 Δt q1 2即該離子所受電場(chǎng)力，恰好等于它假設(shè)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的向心力，因此這個(gè)離子仍舊在靜電分析器中做半徑為Rm′的離子能從狹縫S2

P1

〔1〕設(shè)質(zhì)量為m′的離子進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r′，OP=d，22假設(shè)質(zhì)量為m′的離子能從磁場(chǎng)下邊界射出，則出射位置到O2

x0<x<2d……〔1分〕2質(zhì)量為m的離子在磁分析器中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，依據(jù)牛頓其次定律有qvB＝mr…〔