摘要：4．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.离子产生出来时速度很小.可以看作是静止的.粒子从容器A下方小孔S1飘入电势差为U的加速电场.然后经过小孔S2和S3后沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中.最后打到照相底片D上. (1)小孔S1和S2处的电势比较.哪处的高?在小孔S1和S2处的电势能.哪处高?如果容器A接地且电势为0.则小孔S1和S2处的电势各为多少?(设小孔极小.其电势和小孔处的电极板的电势相同) (2)求粒子进入磁场时的速率和粒子在磁场中运动的轨道半径. (3)如果从容器下方的S1小孔飘出的是具有不同的质量的带电量为q的正离子.那么这些粒子打在照相底片的同一位置.还是不同位置?如果是不同位置.那么质量分别为的粒子在照相底片的排布等间距吗?写出说明. 解析:(1)由于电荷量为带正电的粒子.从容器下方的S1小孔飘入电势差为U的加速电场.要被加速.S1和S2处的电势比较.S1处的高.从小孔S1到S2电场力做正功.电势能减小.所以粒子在小孔S1处的电势能高于在S2处.如果容器A接地且电势为0.而小孔S1和S2处的电势差为U.所以小孔S1和S2处的电势各为0和-U. (2)设从容器下方的S1小孔飘出的是具有不同的质量的电荷量为的粒子.到达S2的速度为v.经S3进入射入磁场区.根据能量守恒.有 v= 设粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动的半径为R.由洛伦兹力公式和牛顿定律得: (3)在磁场中偏转距离d= 由于是具有不同的质量的粒子.所以距离d不同.这些粒子打在照相底片的不同位置.从上式可以看出.在磁场中偏转距离d与质量的平方根成正比.所以质量分别为的粒子在照相底片的排布间距不等. 点评:此题是与质谱仪相关的一道习题.考查了学生对基本物理模型的理解和掌握.

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