下图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图.设法是某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A中.使它受到电子束轰击.失去一个电子变成正一价的分子离子.分子离子从狭缝s1以很小的速度进入电压为U的加速电场区.加速后.再通过狭缝s2.s3射入磁感强度为B的匀强磁场.方向垂直于磁场区的界面PQ.最后.分子离子打到感光片上.形成垂直于纸面而且平行于狭缝s3的细线.若� 题目和参考答案——青夏教育精英家教网—

题目内容

下图是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。设法是某有机化合物的气态分子导入图中所示的容器A中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的分子离子。分子离子从狭缝s₁以很小的速度进入电压为U的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝s₂、s₃射入磁感强度为B的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ。最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面而且平行于狭缝s₃的细线。若测得细线到狭缝s₃的距离为d

（1）导出分子离子的质量m的表达式。

（2）根据分子离子的质量数M可用推测有机化合物的结构简式。若某种含C、H和卤素的化合物的M为48，写出其结构简式。

（3）现有某种含C、H和卤素的化合物，测得两个M值，分别为64和66。试说明原因，并写出它们的结构简式。

在推测有机化合物的结构时，可能用到的含量较多的同位素的质量数如下表：

元素

含量较多的同

位素的质量数

35，37

79，81

答案：
解析：

（1）求分子离子的质量

以m、q表示离子的质量电量，以v表示离子从狭缝s₂射出时的速度，由功能关系可得

①

射入磁场后，在洛仑兹力作用下做圆周运动，由牛顿定律可得

②

式中R为圆的半径。感光片上的细黑线到s₃缝的距离

d＝2R ③

解得

④

（2）CH₃CH₂F

（3）从M的数值判断该化合物不可能含Br而只可能含CI，又因为Cl存在两个含量较多同位素，即³⁵Cl和³⁷Cl，所以测得题设含C、H和卤素的某有机化合物有两个M值，其对应的分子结构简式为CH₃CH₂³⁵Cl M＝64；CH₃CH₂³⁷Cl M＝66

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下图所示为质谱仪的原理示意图，电荷量为q、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后进入粒子速度选择器，选择器中存在互相垂直的匀强电场和匀强磁场，匀强电场的场强为E，方向水平向右．已知带电粒子能够沿直线穿过速度选择器，从G点垂直MN进入偏转磁场，该偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场．带电粒子经偏转磁场后，最终到达照相底片的H点．可测量出G、H间的距离为l．带电粒子的重力可忽略不计．求：

(1)粒子从加速电场射出时速度v的大小．

(2)粒子速度选择器中匀强磁场的磁感强度的大小和方向．

(3)偏转磁场的磁感强度的大小．

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