高考物理三年真题高频考点精选 考点30 质谱仪

高考物理三年真题高频考点精选 考点30 质谱仪内容摘要：

1、【考点知识方法解读】质谱仪是分析同位素的重要工具。 质谱仪主要由加速电场、速度选择器和偏转分离磁场三部分组成。 经过速度选择器后的相同速率的粒子进入偏转磁场中，不同质量的粒子运动的轨道半径不同，由此来测定带电粒子的质量和分析同位素。 【最新三年高考物理精选解析】1.（20 分）(2012天津理综)对铀 235 的进一步研究在核能开发和利用中具有重要意义。 如图所示，质量为 m、电荷量为 q 的铀 235 离子，从容器下方的小孔 断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔 直于磁场方向进入磁感应强度为 B 的匀强磁场中，做半径为 R 的匀速圆周运动。 离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子 2、束的等效电流为 I。 不考虑离子重力及离子间的相互作用。 （1）求加速电场的电压 U；（2）求出在离子被收集过程中任意时间 t 内收集到离子的质量 M；（3）实际上加速电压大小会在 U U 范围内微小变化。 若容器 A 中有电荷量相同的铀 235 和铀 238 两种离子，如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离，为使者两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠， 应小于多少。 U（结果用百分数表示，保留两位有效数字）。 由式解得：U=。 2为铀 238 离子的质量，由于电压在 U U 之间有微小变化，铀 235离子在磁场中最大半径为。 1B2+ 238 离子在磁场中最小半径为 R。 ，电荷量均为 q。 3、加速电场的电势差为 U，离子进入电场时的初速度可以忽略，不计重力，也不考虑离子间的相互作用。 （1）求质量为 12）当感应强度的大小为 B 时，求两种离子在 落点的间距 s；（3）在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具有一定宽度。 若狭缝过宽，可能使两束离子在 上的落点区域受叠，导致两种离子无法完全分离。 设磁感应强度大小可调，长为定值 L，狭缝宽度为 d，狭缝右边缘在A 处；离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于 且垂直于磁场。 为保证上述两种离子能落在 上并被完全分离，求狭缝的最大宽度。 【解析】：（1）加速电场对离子 功，W=动能定理 m。 1（1） 由牛顿第二定律和洛伦兹力公 4、式，m ，R=mv/。 3（2010 天津理综）质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域。 汤姆孙发现电子的质谱装置示意如图，M、N 为两块水平放置的平行金属极板，板长为 L，板右端到屏的距离为 D，且 D 远大于 L，OO 为垂直于屏的中心轴线，不计离子重力和离子在板间偏离 OO 的距离。 以屏中心 O 为原点建立 角坐标系，其中 x 轴沿水平方向，y 轴沿竖直方向。 （1）设一个质量为 荷量为 正离子以速度 OO 的方向从O点射入，板间不加电场和磁场时，离子打在屏上 O 点。 若在两极板间加一沿+y 方向场强为 E 的匀强电场，求离子射到屏上时偏离 O 点的距离 2)假设你利用该装置探究未知离子，试依 5、照以下实验结果计算未知离子的质量数。 上述装置中，保留原电场，再在板间加沿向的匀强磁场。 现有电荷量相同的两种正离子组成的离子流，仍从 O点沿 OO 方向射入，屏上出现两条亮线。 在两线上取 y 坐标相同的两个光点，对应的 x 坐标分别为 中 x 坐标大的光点是碳 12 离子击中屏产生的，另一光点是未知离子产生的。 尽管入射离子速度不完全相同，但入射速度都很大，且在板间运动时 OO 方向。 （2）设离子电荷量为 q，质量为 m，入射时速度为 v，磁场的磁感应强度为B，磁场对离子的洛伦兹力 已知离子的入射速度都很大，因而离子在磁场中运动时间甚短，所经过的圆弧与圆周相比甚小，且在板间运动时，OO 方向的分速 6、度总是远大于在 伦兹力变化甚微，故可作恒力处理，洛伦兹力产生的加速度 离子在 方向的加速度，离子在 达极板右端时，离子在 方向的分速度()离子飞出极板到达屏时，在 点的距离()离子的初速度为任意值时，离子到达屏上时的位置在 点的距离为 y，考虑到式，得 211由、 两式得 其中211 12上式表明， 两种离子均相同，由（2009 广东物理）图 1 是质谱仪的工作原理示意图。 带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器。 速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为 B 和 E。 平板 和记录粒子位置的胶片 板 S 下方有强度为 匀强磁场。 下列表述正确的是A质谱仪是分析同位素的重要工具B速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外C能通过的狭缝 P 的带电粒子的速率等于 E/子打在胶片上的位置越靠近狭缝 P，粒子的荷质比越小图 1。