高中物理 最基础考点 考点31 质谱仪 新人教版选修3-1

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1、考点31质谱仪质谱仪(选修3-1第三章：磁场的第六节带电粒子在匀强磁场中的运动)★★★○○○○质谱仪：根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，制造出的能够分离和检测不同同位素的仪器。1、构造：如图甲所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。2、原理：粒子由静止被加速电场加速，根据动能定理可得关系式qU＝mv2。粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律得关系式qvB＝m。由两式可得出需要研究的物理量，如粒子轨道半径、粒子质量、比荷等。粒子轨道半径r＝，粒子质量m＝，比荷＝。质谱仪的主要特征将质量数不等，

2、电荷数相等的带电粒子经同一电场加速后进入偏转磁场。各粒子由于轨道半径不同而分离，其轨道半径r＝＝＝＝。在上式中，B、U、q对同一元素均为常量，故r∝，根据不同的半径，就可计算出粒子的质量或比荷。例：（多选）（2009年高考广东物理）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分别为B和E。平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有磁感应强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是（）A．质谱仪是分析同位素的重要工具B．速度选择器中的磁场方向垂直

3、纸面向内C．能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/BD．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的比荷越小【答案】AC1、（2015-2016学年陕西省三原县北城中学高二第四次月考）如图所示，有A、B、C、D四个离子，它们带等量的同种电荷，质量关系mA=mB

4、能判断出来，明确只有速度满足一定条件时才能通过速度选择器，由洛仑兹力提供向心力能够推导出粒子偏转半径公式，判断半径与哪些因素有关。2、（2016全国新课标I卷，15）现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍。此离子和质子的质量比约为（）A.11B.12C.121D.144【答案】D【精细解读】设质子的

5、质量数和电荷数分别为、，一价正离子的质量数和电荷数为、，对于任意粒子，在加速电场中，由动能定理得：得①在磁场中应满足②由题意，由于两种粒子从同一入口垂直进入磁场，从同一出口垂直离开磁场，故在磁场中做匀速圆周运动的半径应相同．由①②式联立求解得，匀速圆周运动的半径，由于加速电压不变，故其中，可得，故一价正离子与质子的质量比约为144。3、（陕西省黄陵中学高新部2017届高三下学期期中质量检测）如图所示，一束含有、的带电粒子束从小孔O1处射入速度选择器，其中沿直线O1O2运动的粒子在小孔O2处射出后垂直进入偏转磁场，最终打在P1、P2两点

6、，不计粒子间的相互作用。则A.打在P1点的粒子是B.O2P2的长度是O2P1长度的2倍C.粒子与粒子在偏转磁场中运动的时间之比为2：1D.粒子与粒子在偏转磁场中运动的时间之比为1：1【答案】B子与粒子在偏转磁场中运动的周期之比为1:2，运动半个周期，则时间之比也为1:2，选项CD错误；故选B.每道试题20分，总计100分1、（2017届北京市丰台区高三5月综合练习（二模）理综）如图所示，两平行金属板P、Q水平放置，上极板带正电，下极板带负电；板间存在匀强电场和匀强磁场（图中未画出）。一个带电粒子在两板间沿虚线所示路径做匀速直线运动。粒

7、子通过两平行板后从O点垂直进入另一个垂直纸面向外的匀强磁场中，粒子做匀速圆周运动，经过半个周期后打在挡板MN上的A点。不计粒子重力。则下列说法不正确的是A.此粒子一定带正电B.P、Q间的磁场一定垂直纸面向里C.若另一个带电粒子也能做匀速直线运动，则它一定与该粒子具有相同的荷质比D.若另一个带电粒子也能沿相同的轨迹运动，则它一定与该粒子具有相同的荷质比【答案】C【解析】由粒子在磁场中的运动轨迹，根据左手定则可知，粒子带正电，选项A正确；粒子在两板间2、（多选）（江西省南昌三中2016-2017学年高二上学期期末）质谱仪是测量带电粒子的质

8、量和分析同位素的重要工具．如图所示为质谱仪的原理示意图．现利用这种质谱仪对氢元素进行测量．氢元素的各种同位素从容器A下方的小孔S无初速度飘入电势差为U的加速电场．加速后垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场中．氢的三种同位素氕