题目内容
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，它的构造原理如图所示．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，最后到达记录它的照相底片P上．设离子在P上的位置与入口处S1之间的距离为x。
(1)求该离子的荷质比
．
(2)若离子源产生的是带电量为q、质量为m1和m2的同位素离子(m1> m2)，它们分别到达照相底片上的P1、P2位置(图中末画出)，求P1、P2间的距离△x。
(3)若第(2)小题中两同位素离子同时进入加速电场，求它们到达照相底片上的时间差△t(磁场边界与靠近磁场边界的极板间的距离忽略不计)．
（1）
(2) 
(3) 
解析:
(1)离子在电场中加速，由动能定理得
① （1分）
离子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：
② （1分）
而
③ （1分）
由①②③式可得： ④（2分）
(2)由①②式可得粒子m1在磁场中的运动半径是r1，则：
⑤（1分）
对离子m2，同理得 
⑥ （1分）
∴照相底片上P1、P2间的距离 ⑦（2分）
(3)离子m1在电场中加速：
⑧（2分）
对离子m2，同理得：
⑨ （2分）
∴离子ml、m2到达照相底片上的时间差
⑩（3分）
练习册系列答案
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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．它的构造原理如图所示，离子源S产生带电量为q的某种正离子，离子射出时的速度很小，可以看作是静止的，离子经过电压U加速后形成离子束流，然后垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场，沿着半圆周运动而到达记录它的照相底片P上．实验测得：它在P上的位置到入口处S1的距离为a，离子束流的电流为I．请回答下列问题：
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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，它的构造原理如图所示，离子源S可以发出各种不同的正离子束，离子从S出来时速度很小，可以看作是静止的，离子经过加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场（图中线框所示），并沿着半圆周运动而到达照像底片上的P点，测得P点到入口处S的距离为x?（ ）