题目内容
【题目】有一种“双聚焦分析器”质谱仪,工作原理如图所示
其中加速电场的电压为U,静电分析器中有会聚电场,即与圆心
等距的各点电场强度大小相同,方向沿径向指向圆心
磁分析器中以
为圆心、圆心角为
的扇形区域内,分布着方向垂直于纸面的匀强磁场,其左边界与静电分析器的右边界平行
由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子
初速度为零,重力不计
,经加速电场加速后,从M点沿垂直于该点的场强方向进入静电分析器,在静电分析器中,离子沿半径为R的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动,并从N点射出静电分析器
而后离子由P点垂直于磁分析器的左边界且垂直于磁场方向射入磁分析器中,最后离子垂直于磁分析器下边界从Q点射出,并进入收集器
测量出Q点与圆心
的距离为
位于Q点正下方的收集器入口离Q点的距离为![]()
题中的U、m、q、R、d都为已知量![]()
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求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小;
求磁分析器中磁场的磁感应强度B的大小和方向;
现将离子换成质量为4m,电荷量仍为q的另一种正离子,其它条件不变
磁分析器空间足够大,离子不会从圆弧边界射出,收集器的位置可以沿水平方向左右移动,要使此时射出磁分析器的离子仍能进入收集器,求收集器水平移动的距离.
【答案】(1)
(2)
(3)
【解析】
试题(1)离子经电场直线加速,由动能定理:![]()
离子在静电分析器中做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:![]()
联立解得:![]()
(2)离子在磁分析器中做匀速圆周运动,根据牛顿第二定律,有:![]()
由题意可知,圆周运动的轨道半径:![]()
解得:![]()
(3)另一正离子经电场加速后的速度![]()
可得磁场中运动的半径为![]()
水平向右移动的距离为
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