高考物理考点分类质谱仪

  设 m’为铀 238 离子的质量，因为电压在 U  △U 之间有细小改变，铀 235 离子在磁场 中最大半径为 Rmax=

  【考点常识办法解读】 质谱仪是剖析同位素的重要东西。 质谱仪主要由加快电场、 速度选择器和偏转别离磁场 三部分所组成。 通过速度选择器后的相同速率的粒子进入偏转磁场中， 不同质量的粒子运动的 轨道半径不同，由此来测定带电粒子的质量和剖析同位素。

  【最新三年高考物理精选解析】 1.（20 分）(2012·天津理综)对铀 235 的进一步研讨在核能开发和使用中具有极端重大意义。 如图所示，质量为 m、电荷量为 q 的铀 235 离子，从容器下方的小孔 S1 不断飘入加快电场， 其初速度可视为零，然后通过小孔 S2 笔直于磁场方向进入磁感 应强度为 B 的匀强磁场中，做半径为 R 的匀速圆周运动。离子 跋涉半个圆周后脱离磁场并被搜集，脱离磁场时离子束的等效 电流为 I。不考虑离子重力及离子间的彼此作用。 （1）求加快电场的电压 U； （2）求出在离子被搜集过程中恣意时刻 t 内搜集到离子的质量 M； （3）实践上加快电压巨细会在 U  △U 范围内细小改变。若容器 A 中有电荷量相同的铀 235 和铀 238 两种离子， 如前述状况它们经电场加快后进入磁场中会发生别离， 为使者两种离子 在磁场中运动的轨道不发生交叠， 字） 。

  当离子的初速度为恣意值时，ห้องสมุดไป่ตู้离子抵达屏上时的 方位在 y 方向上违背 O 点的间隔为 y ， 考虑到⑥式，得 y 

  上式标明， k 是与离子进入板间初速度无关的定值，对两种离子 均相同，由 4.（2009 广东物理）图 1 是质谱仪的作业原理暗示图。带 电粒 子被加快电场加快后，进入速度选择器。速度选择器内彼此正交 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 和记载粒子方位的胶片 A1A2。平板 S 下方有强度为 B0 的匀 强磁场。下列表述正确的是 A．质谱仪是剖析同位素的重要东西 B．速度选择器中的磁场方向笔直纸面向外 C．能通 过的狭缝 P 的带电粒子的速率等于 E/B D．粒子打在胶片上的方位越接近狭缝 P，粒子的荷质比越小 图1

  2．(2011 北京理综卷)使用电场和磁场，能够将比荷不同的离子分隔，这种办法在化学剖析 和原子核技能等范畴有重要的使用。 如图所示的矩形区域 ACDG（AC 边满足长）中存在笔直于纸面的匀强磁场，A 处有一狭 缝。离子源发生的离子，经静电场加快后穿过狭缝沿笔直于 GA 边且垂于磁场的方向射入磁 场，运动到 GA 边，被相应的搜集器搜集，整个设备内部为线）设离子电荷量为 q，质量为 m，入射时速度为 v，磁场的磁感应强度为 B，磁场对离子 的洛伦兹力 Fx =qvB ⑦

  已知 离子的入射速度都很大，因此离子在磁场中运动时刻 甚短，所通过的圆弧与圆周 比较甚小，且在板间运动时，O’O 方向的分速度总是远大于在 x 方向和 y 方向的分速度， 洛伦兹力改变甚微，故可作恒力处理，洛伦兹力产 生的加快度 ax 

  这两种离子在磁场中运动的轨道不发生交叠的条件为：Rmax R’min. 即：

  为 U，离子进入电场时的初速度能疏忽，不计 重力，也不考虑离子间的彼此作用。 （1）求质量为 m1 的离子进入磁场时的速率 v1； （2）当感应强度的巨细为 B 时，求两种离子在 GA 边落点的间隔 s； （3）在前面的评论中疏忽了狭缝宽度的影响，实践设备中狭缝具有必定宽度。若狭缝过宽， 可能使两束离子在 GA 边上的落点区域受叠，导致两种离子无法彻底别离。 设磁感应强度巨细可调，GA 边长为定值 L，狭缝宽度为 d，狭缝右边际在 A 处；离子可 以从狭缝遍地射入磁场，入射方向仍笔直于 GA 边且笔直于磁场。为确保上述两种离子能落 在 GA 边上并被彻底别离，求狭缝的最大宽度。 【解析】（1）加快电场对离子 m1 做功，W=qU, ： 由动能定理

  ax 是离子在 x 方向的加快度，离子在 x 方向的运动可视为初速度为零的匀加快直线运

  3（2010 天津理综）质谱剖析技能已大范围的使用于各前沿科学范畴。汤姆孙发现电子的质谱装 置暗示如图， N 为两块水平放置的平行金属极板， M、 板长为 L， 板右端到屏的间隔为 D， D 远大于 L， 且 O’O 为笔直于屏的中心轴线，不计离子重力和离子在板 间违背 O’O 的间隔。 以屏中心 O 为原点树立 xOy 直 角坐标系，其间 x 轴沿水平方向，y 轴沿竖直方向。 （1）设一个质量为 m0、电荷量为 q0 的正离子以速度 v0 沿 O’O 的方向从 O’点射入，板 间不加电场和磁场时，离子打在屏上 O 点。若在两极板间加一沿y 方向场强为 E 的匀强电 场，求离子射到屏上时违背 O 点的间隔 y0。 (2)假定你使用该设备探求不知道离子，试按照以下试验成果核算不知道离子的质量数。 上述设备中，保存原电场，再在板间加沿-y 方向的匀强磁场。现有电荷量相同的两种正离 子组成的离子流， 仍从 O’点沿 O’O 方向射入，屏上呈现两条亮线。在两线上取 y 坐标相 同的两个光点，对应的 x 坐标分别为 3.24mm 和 3.00mm，其间 x 坐标大的光点是碳 12 离子 击中屏发生的，另一光点是不知道离子发生的。虽然入射离子速度不彻底相同，但入射速度都 很大，且在板间运动时 O’O 方向的分速度总是远大于 x 方向和 y 方向的分速度。