题目内容
【题目】(16分)质谱仪可以测定有机化合物分子结构，其结构如图所示．有机物分子从样品室注入“离子化”室，在高能电子作用下，样品分子离子化或碎裂成离子(如C2H6离子化后得到C2H6+、CH4+等)．若这些离子均带一个单位的正电荷e，且初速度为零．此后经过高压电源区、圆形磁场室、真空管，最后在记录仪上得到离子．已知高压电源的电压为U，圆形磁场区的半径为R，真空管与水平线夹角为θ，离子沿半径方向飞入磁场室，且只有沿真空细管轴线进入的离子才能被记录仪记录．
(1)请说明高压电源．A、B两端哪端电势高?磁场室的磁场方向垂直纸面向里还是向外?
(2)试通过计算判断C2H6+和C2H2+离子进入磁场室后，哪种离子的轨道半径较大；
(3)调节磁场室磁场的大小，在记录仪上可得到不同的离子，当磁感应强度调至B0时，记录仪上得到的是H+，求记录仪上得到CH4+时的磁感应强度B.(已知CH4+质量为H+的16倍)
【答案】（1）高压电源B端电势高，磁场室的磁场方向应是垂直纸面向外；（2）离子C2H6+的运动轨迹半径大．（3）记录仪上得到的是CH4+时的磁感应强度B=4B0．
【解析】
试题分析：（1）因为电荷所受的电场力方向向右，高压电源A端应接负极，B接正极，B端电势高，根据左手定则知，磁场室的磁场方向应是垂直纸面向外．
（2）设离子通过高压电源后的速度为v，
由动能定理可得：
，
离子在磁场中偏转，由牛顿第二定律得：
，联立解得：
．
由此可见，质量大的离子C2H6+的运动轨迹半径大．
（3）粒子在磁场中偏转，作出轨迹如下图：
由几何关系得：
，
由（2）可知：，解得：
，则B=4B0；
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