高考物理100考点最新模拟题千题精练专题3.18质谱仪（提高篇）（电磁部分）

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1、专题3.18质谱仪（提高篇）一．选择题1.(2019·云南省大姚一中第五次模拟)(多选)如图所示为一种质谱仪的示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成．若静电分析器通道中心线的半径为R，通道内均匀辐射电场，在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外．一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点．不计粒子重力．下列说法正确的是(　　)A．极板M比极板N的电势高B．加速电场的电压U＝ERC．直径PQ＝2BD．若一群粒

2、子从静止开始经过题述过程都落在胶片上的同一点，则该群粒子具有相同的比荷【参考答案】　AD【名师解析】　粒子在静电分析器内沿电场线方向偏转，说明粒子带正电荷，极板M比极板N的电势高，选项A正确；由Uq＝mv2和Eq＝可得U＝，选项B错误；在磁场中，由牛顿第二定律得qvB＝m，即r＝，直径PQ＝2r＝＝2，可见只有比荷相同的粒子才能打在胶片上的同一点，选项C错误，D正确．2.　(2016·全国卷Ⅰ·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3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

3、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【参考答案】　D【名师解析】　由qU＝mv2得带电粒子进入磁场的速度为v＝，结合带电粒子在磁场中运动的轨迹半径R＝，联立得到R＝，由题意可知，该离子与质子在磁场中具有相同的轨道半径和电荷量，故离子和质子的质量之比＝144，故选D.3．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的强度分别为B和平板S上有可

4、让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片平板S下方有强度为的匀强磁场。下列表述不正确的是（）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纸面向外C.能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于D.粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小【参考答案】D【名师解析】进入的粒子满足，知道粒子电量后，便可求出m的质量，所以质谱仪可以用来分析同位素，故A正确；假设粒子带正电，则受电场力向右，由左手定则可判断磁场方向垂直直面向外，故B正确；由，得，此时离子受力平衡，可沿直线穿过选择器，故C正确；由，知R越小，荷质比越大，故D错误；此题选错误答案，故选D点

5、睛：质谱仪工作原理应采取分段分析的方法，即粒子加速阶段，速度选择阶段，在磁场中运动阶段。带电粒子经加速后进入速度选择器，速度为粒子可通过选择器，然后进入，打在S板的不同位置。4．某种质谱仪的原理如图所示。高速原子核从A点沿AC方向进入平行正对的金属平板之间，板间有方向如图，大小为E的匀强电场，还有垂直于纸面，磁感应强度为B1的匀强磁场(图中未画出)。符合条件的原子核能从C点沿半径方向射入半径为R的圆形磁场区，磁感应强度大小为B2，方向垂直于纸面向外。接收器安放在与圆形磁场共圆心的弧形轨道上，其位置由OP与OD的夹角θ描述。不考虑原子核所受重力对运动的影响，下

6、列说法正确的是()A.B1方向垂直于纸面向外B.能从C点进入圆形磁场的原子核的速度为C.若某原子核的原子序数为Z，实验中接收器在θ所对应位置能接收原子核，则该原子核的质量m为D.现用此仪器分析氢的同位素，若在θ=120°的位置能接收到氕核，那么应该将接收器放于θ=60°的位置能接收到氚核【参考答案】BCD【名师解析】粒子做匀速直线运进入磁场，根据电场力与洛伦兹力大小相等，方向相反，由于原子核带正电，所以磁场B1的方向垂直于纸面向里，由，解得：，故A错误，B正确；若某原子核的原子序数为Z，实验中接收器在θ所对应位置能接收原子核，则粒子的轨迹刚好与OP相切即粒子

7、的偏转角为，由几何知识可得：粒子做圆周运动的半径为：，根据，联立解得：，故C正确；由C分析可知：，由于氕核的比荷为1，氚核的比荷为，所以氕核偏转角一半的正切为氚核偏转角一半的正切的3倍，由数学知识可知，若在θ=120°的位置能接收到氕核，那么应该将接收器放于θ=60°的位置能接收到氚核，故D正确。5．如图，一束带电粒子以一定的初速度沿直线通过由相互正交的匀强磁场磁感应强度为B和匀强电场电场强度为E组成的速度选择器，然后粒子通过平板S上的狭缝P进入另一匀强磁场磁感应强度为，最终打在上，下列表述正确的是（）A.粒子带负电B.所有打在上的粒子，在磁感应强度为的磁场

8、中的运动时间都相同C.能通过狭缝P的带电粒子的速率等