高中物理最基础考点考点31质谱仪新人教版选修

所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。所谓的光辉岁月，并不是以后，闪耀的日子，而是无人问津时，你对梦想的偏执。1010放弃很简洁，但你坚持到底的样子肯定很酷！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)★★★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：依据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，制造出的能够分别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。○○○○12、原理：粒子由静止被加速电场加速，依据动能定理可得关系式q＝m2。22粒子在磁场中受洛伦兹力作用而偏转，做匀速圆周运动，依据牛顿其次定律得关系式qvB＝mr。粒子轨道半径r粒子轨道半径r＝B12mUq，m＝q22q2U，比荷＝mBr2U。22质谱仪的主要特征将质量数不等，电荷数相等的带电粒子经同一电场加速后进入偏转磁场。mv各粒子由于轨道半径不同而分别，其轨道半径r＝＝

2mEk＝

2mqUqB qB qB＝1B2mUq。在上式中，BU、q＝1B2mUq。〔多项选择2023年高考广东物理〕B和ES上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片AA平板S下方有磁感应强度为B的匀强磁场以下表述正确的选项是〔 〕12 0A．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对内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〔2023-2023学年陕西省三原县北城中学高二第四次月考〕如下图，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<mC=mD，以不等的速度vA<vB=vC<vD进入速度选择器后，只有两种离子从速度选择器中射出，进入B磁场，由此可以推断2A．离子应带负电 B．进入B磁场的离子是C、D离子2C．到达b位置的是C离子 D．到达a位置的是C离子【答案】D【点拨】此题题干虽然没有明确说明该装置为质谱仪，但也能推断出来，明确只有速度满足肯定条件时才能通过速度选择器，由洛仑兹力供给向心力能够推导出粒子偏转半径公式，推断半径与哪些因素有关。2〔2023全国课标I卷，15〕现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如下图，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开头被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。假设某种一价正离子在入口处从静止开头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.11【答案】D

B.12 C.121 D.144【精细解读】设质子的质量数和电荷数分别为m、q，一价正离子的质量数和电荷数为m、q

，对于1 1 2 22qUm任意粒子，在加速电场中，由动能定理得：qU1mv20 得v ①2qUm2v2vqvBm ②r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一样．1 2mU r B m q 1r

2

1 2B q r B2 1m 1

m q 12 1B2

1

q，可得12 m2

144，故一价正离子与质子的质量比约为144。3〔2023〕如下图，一束含有1H、2H的带电粒1 1OOOO处射出后垂直进入偏转磁场，最终1 12 2PP两点，不计粒子间的相互作用。则1 2打在P1

点的粒子是2H1OP的长度是OP222 211H粒子与2H粒子在偏转磁场中运动的时间之比为2：11 11H粒子与2H粒子在偏转磁场中运动的时间之比为1：11 1【答案】B子与2H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CD120201001〔20235〔二模〕理综〕如下图，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。粒子通过两平行板后从O点垂直进入另一个垂直纸面对外的匀强磁场中，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。则以下说法的是此粒子肯定带正电P、Q间的磁场肯定垂直纸面对里假设另一个带电粒子也能做匀速直线运动，则它肯定与该粒子具有一样的荷质比假设另一个带电粒子也能沿一样的轨迹运动，则它肯定与该粒子具有一样的荷质比【答案】C【解析】由粒子在磁场中的运动轨迹，依据左手定则可知，粒子带正电，选项A正确；粒子在两板间2〔多项选择〔江西省南昌三中2023-2023学年高二上学期期末〕位素的重要工具．如下图为质谱仪的原理示意图．现利用这种质谱仪对氢元素进展测量．氢元素的各种ASUB强磁场中．氢的三种同位素氕、氘、氚的电量之比为1：1：1，质量之比为1：2：3，它们最终打在照相底片Da、b、c三条“质谱线”．关于三种同位素进入磁场时速度大小的排列挨次和a、b、c“质谱线”的排列挨次，以下推断正确的选项是〔〕进入磁场时速度从大到小排列的挨次是氚、氘、氕进入磁场时速度从大到小排列的挨次是氕、氘、氚a、b、c三条质谱线依次排列的挨次是氕、氘、氚a、b、c三条质谱线依次排列的挨次是氚、氘、氕【答案】BD3〔多项选择〕PS1 0进入匀强磁场B，在磁场B中分为如下图的三束，则以下相关说法中正确的选项是( )2 2A.速度选择器的P极板带负电 B.粒子1带负电1C.能通过狭缝S的带电粒子的速率等于E/B D.粒子2的比荷q/m确定值最大0 1【答案】BC【解析】假设粒子带正电，在平行金属板中受到电场力和洛伦兹力两个力作用而做匀速直线运动，由左E【点拨】此题中正交的电磁场是速度选择器，v=B

的结论与粒子的质量、电荷量无关．4〔2023-2023学年内蒙古赤峰二中高二上其次次月考质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，它的构造原理如下图。离子源S产生的各种不同正离子束〔速度可看作为零，经加速电场〔加速电场极板间的距离为d、电势差为U〕加速，然后垂直进入磁感应强度为B的有界匀强磁场中做匀速圆周运动，最终到达记录它的照相底片PP上的位置与入口处S1

x。q求该离子的荷质比 。m假设离子源产生的是带电量为q、质量为m和m1 2

的同位素离子〔m1

m，它们分别到达照相底2pp1 2

位置〔图中末画出，求p、p1 2

间的距离x。2 2qUm2q【答案〔1〕 8U 〔2〕 ( m)2 2qUm2qm B2r2 Bq 11【解析】〔1〕qU

mv2①2离子在磁场中做匀速圆周运动,由牛顿其次定律得:qvBmv2②rx=2r考点：带电粒子在磁场及电场中的运动【点拨】此题考察了带电粒子在电场中的加速和在磁场中的偏转，结合牛顿其次定律和运动学公式综合求解．5〔2023海淀2模〔20分〕如图为某种质谱仪的构造的截面示意图，该种质谱仪由加速电场、静电分析器、磁分析器及收集器组成。其中静电分析器由两个相互绝缘且同心的四分之一圆柱面的金属电极K1KRR，O点是圆柱面电极的圆心。SS分别为静电分析器两端为2 1 2 1 1 2带电粒子进出所留的狭缝。静电分析器中的电场的等势面在该截面图中是一系列以O1

为圆心的同心圆弧，AK、KO

为圆心的四分之一圆弧的区域，该区域有垂1 2 2P1

为磁分析器上为带电粒子进入所留的狭缝，OP的连线与OS的连线垂直。21 11静电分析器K2A K1S加速电场S1U

S2 P1O2O1

d

磁分析器离子源 收集器离子源不断地发出正离子束，正离子束包含电荷量均为q的两种质量分别为m、m′(m<m′<2m)的同位素离子，其中质量为m的同位素离子个数所占的百分比为α。离子束从离子源发出的初速度可无视不计，USOS

的方向进入静电分析器。稳定状况下，离子束1 11进入静电分析器时的等效电流为I。进入静电分析器后，质量为m的同位素离子沿等势线A运动并从狭缝SPOPP

沿垂直于2 1 21 2OP的方向射出，最终进入收集器。无视离子的重力、离子之间的相互作用、离子对场的影响和场的边缘效22应。求静电分析器中等势线A上各点的电场强度E的大小；通过计算说明质量为m′的同位素离子能否从狭缝S2

射出电场并最终从磁场下边界射出；求收集器单位时间内收集的离子的质量M。04U N﹒m+N﹒m′I〔1〕E＝

〔2〕能从磁场下边界射出〔M=1 2

[α﹒m+(1－α)m′]。R+R 0 Δt q1 2即该离子所受电场力，恰好等于它假设做匀速圆周运动的向心力，因此这个离子仍旧在静电分析器中做半径为Rm′的离子能从狭缝S2

P1

〔1〕设质量为m′的离子进入磁场做匀速圆周运动的半径为r′，OP=d，22假设质量为m′的离子能从磁场下边界射出，则出射位置到O2

x0<x<2d……〔1分〕2质量为m的离子在磁分析器中做匀速圆周运动，依据牛顿其次定律有qvB＝mr…〔