高中物理最基礎(chǔ)考點(diǎn)系列考點(diǎn)31質(zhì)譜儀含解析

學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精質(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))★★★○○○○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。2、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)

錯(cuò)誤!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)，根據(jù)牛頓其次定律得關(guān)系式qvB＝m 。錯(cuò)誤!量、比荷等。學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精粒子軌道半徑r＝錯(cuò)誤! 錯(cuò)誤!,粒子質(zhì)量m＝錯(cuò)誤!，比荷錯(cuò)誤!＝錯(cuò)誤!。質(zhì)譜儀的主要特征＝入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng).＝各粒子由于軌道半徑不同而分別，其軌道半徑r＝錯(cuò)誤!＝錯(cuò)誤!錯(cuò)誤!.

錯(cuò)誤!

＝錯(cuò)誤!＝錯(cuò)誤!在上式中，B、U、q對(duì)同一元素均為常量，故r∝ ，依據(jù)錯(cuò)誤!不同的半徑，就可計(jì)算出粒子的質(zhì)量或比荷。例:(多項(xiàng)選擇〔2023年高考廣東物理BESPAA1

S下方有磁感應(yīng)2強(qiáng)度為B0

的勻強(qiáng)磁場(chǎng).以下表述正確的選項(xiàng)是〔 〕A．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精C．能通過的狹縫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m=m<m=m，以不等的速度v<v=v<v進(jìn)入速度選擇器A B C D A B C D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B2磁場(chǎng)的離子是C、D離子C．到達(dá)b位置的是C離子 D．到達(dá)a位置的是C離子D學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精因素有關(guān).2、(2023I卷，15〕現(xiàn)代質(zhì)譜儀可用來分析比質(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)后從出口離開磁種一價(jià)正離子在入口處從靜止開頭被同一加速電場(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磁場(chǎng),需將磁感應(yīng)強(qiáng)度增加到原來的12倍。此離子和質(zhì)子的質(zhì)量比約為( )A.11 B。12 C.121 D.144Dmm

、q、qm、q子的質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)為m、q

1 1,對(duì)于任意粒子，在加速電場(chǎng)中，由動(dòng)能定理得: 能定理得: 2qU2mv

2 2v得 vm

① 在磁場(chǎng)中應(yīng)滿足 v2②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．由①②式聯(lián)立求解得，勻速圓周運(yùn)動(dòng)的半徑r12mUB q

,由于加速1電壓不變，故r1r2

2BBB1

m q 11 2m q 12 1學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精B其中B2144。

12B，q1

q，可得m12 m12

1

，故一價(jià)正離子與質(zhì)子的質(zhì)量比約3〔陜西省黃陵中學(xué)高部2023〕如下圖，一束含有1H、2H的帶電粒子束從小孔O1處射入速度選1擇器,其中沿直線OO1

1運(yùn)動(dòng)的粒子在小孔O2

處射出后垂直進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng),最終打在P、P兩點(diǎn),不計(jì)粒子間的相互作用。則1 2A。打在P1

點(diǎn)的粒子是B。OP的長(zhǎng)度是OP

長(zhǎng)度的2倍2 2 2 1C.1H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 1D。1H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 1B子與2H粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的周期之比為1時(shí)間之比也為1:2，選項(xiàng)CD錯(cuò)誤;應(yīng)選B.學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精每道試題201001(20235〕理綜〕如下圖電;板間存在勻強(qiáng)電場(chǎng)和勻強(qiáng)磁場(chǎng)〔圖中未畫出).一個(gè)帶電粒子在兩O點(diǎn)經(jīng)過半個(gè)周期后打在擋板MN上的A的是A。此粒子肯定帶正電B.P、Q間的磁場(chǎng)肯定垂直紙面對(duì)里C。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D粒子具有一樣的荷質(zhì)比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 間學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精2〔多項(xiàng)選擇〕(江西省南昌三中2023-2023〕元素的各種同位素沉著器A下方的小孔S無初速度飄入電勢(shì)差為UB1:1：11:2:3，它D上，形成a、b、c種同位素進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)速度大小的排列挨次和abc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BD學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精3〔多項(xiàng)選擇一束粒子流由左端平行于極板P射入質(zhì)譜儀，沿著1直線通過電磁場(chǎng)復(fù)合區(qū)后，并從狹縫S進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)B，在磁場(chǎng)0 2B中分為如下圖的三束，則以下相關(guān)說法中正確的選項(xiàng)是( )2A.速度選擇器的P極板帶負(fù)電 B.粒子11帶負(fù)電C.能通過狹縫S的帶電粒子的速率等于E/B D。粒子20 1的比荷q/m確定值最大BC】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B子的質(zhì)量、電荷量無關(guān)．學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精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S〔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B的有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，最后到達(dá)記錄它的照相底片PP上的位置與入口處S之間1x的距離為。x〔1〕q.m(2〕假設(shè)離子源產(chǎn)生的是帶電量為q、質(zhì)量為m和m的同位素離子1 2(mm1

，它們分別到達(dá)照相底片上的p、p1 2

位置〔圖中末畫出，求pp1

間的距離x.【答案】(1)q 8U

〔2)2 2qU(

m)m B2r2

Bq 2 1

qU

1mv2①2x=2r

qvBmv2②r學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精考點(diǎn)：帶電粒子在磁場(chǎng)及電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)，結(jié)合牛頓其次定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式綜合求解．、(2023海淀2模〔20分〕屬電極K和K構(gòu)成，兩柱面電極的半徑分別為R和R，O點(diǎn)是1 2 1 2 1S1

和S分別為靜電分析器兩端為帶電粒子進(jìn)出2以O(shè)A是到KK距離相等的等勢(shì)1 1 2線。磁分析器中有以O(shè)2

為圓心的四分之一圓弧的區(qū)域，該區(qū)域有垂直于截面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)左邊界與靜電分析器的右邊界平行。P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1連線垂直。

2 1 1 1學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精靜電分析器K2A K1S加速電場(chǎng)S1U

S2 P1O2O1

d

磁分析器離子源 收集器q的兩種質(zhì)量分別為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)出的初速度可無視不計(jì)，經(jīng)電壓為U的加速電場(chǎng)加速后，全部從狹縫S1沿垂直于OS1 1Im的同位素離子沿等勢(shì)線A運(yùn)動(dòng)并從狹縫S2

射出靜電分析器，而后由狹縫P1沿垂直于OP的方向進(jìn)入磁場(chǎng)中，偏轉(zhuǎn)后從磁場(chǎng)下邊界中點(diǎn)P沿2 1 2垂直于OP的方向射出，最終進(jìn)入收集器。無視離子的重力、離2 2子之間的相互作用、離子對(duì)場(chǎng)的影響和場(chǎng)的邊緣效應(yīng).〔1)求靜電分析器中等勢(shì)線A上各點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小；(2)通過計(jì)算說明質(zhì)量為m′的同位素離子能否從狹縫S射出2電場(chǎng)并最終從磁場(chǎng)下邊界射出；(3〕求收集器單位時(shí)間內(nèi)收集的離子的質(zhì)量M。0【答案〔1＝錯(cuò)! 能從磁場(chǎng)下邊界射;

= 錯(cuò)誤! 錯(cuò)誤= 0[α﹒m+(1－α〕 m′]。學(xué)必求其心得，業(yè)必貴于專精因此這個(gè)離子仍舊在靜電分析器中做半徑為R的勻速圓周運(yùn)動(dòng).故質(zhì)量為m′的離子能從狹縫S2

射出，仍從狹縫P1

進(jìn)入磁場(chǎng)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)?！?1分〕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，2 2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O2x0<x<2d……〔1〕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＝m錯(cuò)誤!…〔1離子在磁分析器中做勻速