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时间:2018-12-21
《高中物理 最基础考点 考点31 质谱仪 新人教版选修3-1》由会员上传分享,免费在线阅读,更多相关内容在教育资源-天天文库。
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=mB4、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
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
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