高中物理最基礎(chǔ)考點系列考點31質(zhì)譜儀含解析

學必求其心得，業(yè)必貴于專精質(zhì)譜儀(選修3-1第三章:磁場的第六節(jié)帶電粒子在勻強磁場中的運動)★★★○○○○能夠分別和檢測不同同位素的儀器。1、構(gòu)造：如圖甲所示,由粒子源、加速電場、偏轉(zhuǎn)磁場和照相底片等構(gòu)成。2、原理：粒子由靜止被加速電場加速，依據(jù)動能定理可得關(guān)

錯誤!粒子在磁場中受洛倫茲力作用而偏轉(zhuǎn)，做勻速圓周運動，根據(jù)牛頓其次定律得關(guān)系式qvB＝m 。錯誤!量、比荷等。學必求其心得，業(yè)必貴于專精粒子軌道半徑r＝錯誤! 錯誤!,粒子質(zhì)量m＝錯誤!，比荷錯誤!＝錯誤!。質(zhì)譜儀的主要特征＝入偏轉(zhuǎn)磁場.＝各粒子由于軌道半徑不同而分別，其軌道半徑r＝錯誤!＝錯誤!錯誤!.

錯誤!

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

S下方有磁感應(yīng)2強度為B0

的勻強磁場.以下表述正確的選項是〔 〕A．質(zhì)譜儀是分析同位素的重要工具學必求其心得，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學年陜西省三原縣北城中學高二第四次月考)如下圖,有A、B、C、D四個離子，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,進入B磁場,由此可以推斷2A．離子應(yīng)帶負電 B．進入B2磁場的離子是C、D離子C．到達b位置的是C離子 D．到達a位置的是C離子D學必求其心得，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加速,經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后從出口離開磁種一價正離子在入口處從靜止開頭被同一加速電場加速，為使它經(jīng)勻強磁場偏轉(zhuǎn)后仍從同一出口離開磁場,需將磁感應(yīng)強度增加到原來的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,對于任意粒子，在加速電場中，由動能定理得: 能定理得: 2qU2mv

2 2v得 vm

① 在磁場中應(yīng)滿足 v2②由題意，由于兩種粒子從同一入口垂直進入磁場，從同一出口垂直離開磁場,故在磁場中做勻速圓周運動的半徑應(yīng)一樣．由①②式聯(lián)立求解得，勻速圓周運動的半徑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

，故一價正離子與質(zhì)子的質(zhì)量比約3〔陜西省黃陵中學高部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運動的粒子在小孔O2

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

點的粒子是B。OP的長度是OP

長度的2倍2 2 2 1C.1H粒子與2H粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運動的時間之比為2:11 1D。1H粒子與2H粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運動的時間之比為1：11 1B子與2H粒子在偏轉(zhuǎn)磁場中運動的周期之比為1時間之比也為1:2，選項CD錯誤;應(yīng)選B.學必求其心得，業(yè)必貴于專精每道試題201001(20235〕理綜〕如下圖電;板間存在勻強電場和勻強磁場〔圖中未畫出).一個帶電粒子在兩O點經(jīng)過半個周期后打在擋板MN上的A的是A。此粒子肯定帶正電B.P、Q間的磁場肯定垂直紙面對里C。假設(shè)另一個帶電粒子也能做勻速直線運動,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解析由粒子在磁場中的運動軌跡,依據(jù)左手定則可知粒子帶 正 電 ， 選 項 A 正 確 ； 粒 子 在 兩 板 間學必求其心得，業(yè)必貴于專精2〔多項選擇〕(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無初速度飄入電勢差為UB1:1：11:2:3，它D上，形成a、b、c種同位素進入磁場時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是〔〕進入磁場時速度從大到小排列的挨次是氚、氘、氕進入磁場時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學必求其心得，業(yè)必貴于專精3〔多項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直線通過電磁場復合區(qū)后，并從狹縫S進入勻強磁場B，在磁場0 2B中分為如下圖的三束，則以下相關(guān)說法中正確的選項是( )2A.速度選擇器的P極板帶負電 B.粒子11帶負電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力和洛倫茲力 兩 個 力 作 用 而 做 勻 速 直 線 運 動 , 由 左B子的質(zhì)量、電荷量無關(guān)．學必求其心得，業(yè)必貴于專精4〔2023—2023學年內(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〔加速電場極板間的距離為d、電勢差為U〕加速，然B的有界勻強磁場中做勻速圓周運動，最后到達記錄它的照相底片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學必求其心得，業(yè)必貴于專精考點：帶電粒子在磁場及電場中的運動轉(zhuǎn)，結(jié)合牛頓其次定律和運動學公式綜合求解．、(2023海淀2?！?0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點是1 2 1 2 1S1

和S分別為靜電分析器兩端為帶電粒子進出2以O(shè)A是到KK距離相等的等勢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磁場，磁場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入所留的狹縫,OP的連線與OS的1連線垂直。

2 1 1 1學必求其心得，業(yè)必貴于專精靜電分析器K2A K1S加速電場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，經(jīng)電壓為U的加速電場加速后，全部從狹縫S1沿垂直于OS1 1Im的同位素離子沿等勢線A運動并從狹縫S2

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

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

射出，仍從狹縫P1

進入磁場做勻速圓周運動?！?1分〕設(shè)質(zhì)量為m′的離子進入磁場做勻速圓周運動的半徑為r′，OP=d，2 2假設(shè)質(zhì)量為m′的離子能從磁場下邊界射出，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動,依據(jù)牛頓其次定律有qvB＝m錯誤!…〔1離子在磁分析器中做勻速