如图所示为一种质谱仪的示意图,由加速电场、静电分析仪和磁分析仪组成.若静电分析仪的通道半径为R,均匀辐向电场沿通道线的场强大小为E,方向如图所示:磁分析仪中有垂直纸面

◎ 题目

如图所示为一种质谱仪的示意图,由加速电场、静电分析仪和磁分析仪组成.若静电分析仪的通道半径为R,均匀辐向电场沿通道线的场强大小为E,方向如图所示:磁分析仪中有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.忽略离子的重力,则:
(1)为了使位于A处的质量为m、电荷量为q的离子,从静止开始经加速电场加速后,沿图中的圆弧虚线通过静电分析仪,加速电场的电压U应为多大?
(2)离子由P点进入磁分析仪后,最终打在乳胶底片上的Q点,该点离入射点P多远?
(3)若有一群离子从静止开始通过质谱仪后打在同一点Q,则该群离子有什么共同点?
魔方格

◎ 答案

(1)离子在加速电场中做加速运动,根据动能定理,有qU=
1
2
mv2

离子在辐向电场中做匀速圆周运动,电场力提供向心力,有qE=m
v2
R

由①、②式得U=
1
2
ER

(2)离子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛仑兹力提供向心力,有qvB=m
v2
r

由②、④得r=
mv
qB
=
1
B

EmR
q

PQ
=2r=
2
B

EmR
q

(3)由⑥式可知

PQ

m
q
,说明该群离子必同带正电荷,且具有相同的比荷.
答:(1)加速电场的电压U应为
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