1、内蒙古新人教版物理高三单元测试52：质谱仪学校:_姓名：_班级：_考号：_注意事项：1答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息2请将答案正确填写在答题卡上第I卷（选择题 共40分）评卷人得分一、选择题（本题共5小题，每小题8分，共40分。在每小题给出的四个选项中。有的小题只有一个选项正确，有的小题有多个选项正确。全部选对的得8分，选对但不全的得4分，错选或不答的得0分）1.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)，经加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场，到达记录它的照相底片P上，设离子在P上的位置到入口处S1的距离
2、为x，可以判断A离子束是同位素，则x越大，离子质量越大B若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小C只要x相同，则离子质量一定相同D只要x相同，则离子的荷质比一定相同2.测定带电粒子的比荷比(即荷质比)的仪器是A回旋加速器B速度选择器 C质谱仪 D电磁流量计3.图是质谱仪工作原理的示意图带电粒子a、b经电压U加速(在A点初速度为零)后，进入磁感应强度为B的匀强磁场做匀速圆周运动，最后分别打在感光板S上的x1、x2处图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径，则 Aa与b有相同的质量，打在感光板上时，b的速度比a大Ba与b有相同的质量，但a的电量比b的电量小Ca与b有相同的电量，但a的质量
3、比b的质量大Da与b有相同的电量，但a的质量比b的质量小4.图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S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2。平板S下方有强度为B0的匀强磁场。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/BD粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，粒子的荷质比越小5.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
4、看做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(图中实线框所示)，并沿着半圆周运动而到达照相底片上的P点，测得P点到入口处S1的距离为x下列说法中正确的是若离子束是同位素，则x越大，离子质量越大；若离子束是同位素，则x越大，离子质量越小；只要x相同，则离子质量一定相同；只要x相同，则离子的荷质比一定相同A B C D第II卷（非选择题）（非选择题 共60分）评卷人得分二、计算题（本题共3小题，共60分，解答时应写出必要的文字说明、方程式和重要的演算步骤，有数值计算的题，答案中必须明确写出数值和单位，只写出最后答案的不能得分）6.（20分）如图为质谱仪原理图，加速电场电压为U1。速度选择
5、器内是正交的电场和磁场，其中磁感应强度为B1，板间距离为d。最下面为磁感应强度为B2的偏转磁场（速度分离器），今有一质量为m、电荷量为q的带电粒子（不计重力），加速后该粒子恰能通过速度选择器，粒子进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动。求： （1）粒子进入速度选择中的速度为多大？ （2）速度选择器的电压U2？ （3）粒子的比荷的表达式为？ 7.（09年开封市一模）（20分）具有相同的质子数和不同的中子数的原子（核）称为同位素。测量同位素质量和相对含量的仪器叫质谱仪。它的种类很多，其中一种的构造原理如图所示。粒子源P产生的带电粒子经过窄缝之间的电场加速后射入滤速器，滤速器中的匀强电场场强E和匀强磁
6、场的磁感应强度B和速度方向三者互相垂直。通过滤速器的粒子接着垂直进入磁感应强度为的匀强磁场中，沿着半圆周运动后到达照相底片上形成谱线。某种元素同位素的电荷量为q,若测出谱线A到入口的距离为x。试用、B、E、q、x表示该粒子质量m。分析中结论，说明为什么一种元素的不同同位素会在质谱仪底片上形成若干条谱线，并且从谱线的黑度可以确定不同同位素的相对含量。8.（08年重庆卷）（20分）图为一种质谱仪工作原理示意图。在以O为圆心，OH为对称轴，夹角为2的扇形区域内分布着方向垂直于纸面的匀强磁场，对称于OH轴的C和D分别是离子发射点和收集点。CM垂直磁场左边界于M，且OM=d。现有一正离子束以小发散角（纸
7、面内）从C射出，这些离子在CM方向上的分速度均为v0。若该离子束中比荷为的离子都能汇聚到D，试求：（1）磁感应强度的大小和方向（提示：可考虑沿CM方向运动的离子为研究对象）；（2）离子沿与CM成角的直线CN进入磁场，其轨道半径和在磁场中的运动时间；（3）线段CM的长度。试卷答案1.AD2.C3.D4.ABC解析：由加速电场可见粒子所受电场力向下，即粒子带正电，在速度选择器中，电场力水平向右，洛伦兹力水平向左，如图所示，因此速度选择器中磁场方向垂直纸面向外B正确；经过速度选择器时满足，可知能通过的狭缝P的带电粒子的速率等于E/B，带电粒子进入磁场做匀速圆周运动则有，可见当v相同时，所以可以用来区
8、分同位素，且R越大，比荷就越大，D错误。5.A6.解析：7.解析：p、在一条直线上从p射出并在间加速后的带电粒子，在经过E、B空间后，并不都能从进入，只有满足带电粒子在滤速器中做匀速直线运动，电场力等于洛仑兹力的那些粒才能进。 （1） Bqv=Eq （2）带电离子进入磁场中做圆周运动时，洛仑兹力提供向心力： （3）由几何关系知：x=2R （4）由（1）、（2）、（3）式解得： （5）由的结果可知：实验中E、B、均固定不变。同位素原子核带电量q相同，但质量m不同，故x也不同。所以会在底片上形成若干条谱线，且谱线黑度越大，说明到达该谱线处的粒子越多。所以谱线的黑度能确定同位素中各种不同质量的原子核的含量。8.解析：（1）设沿CM方向运动的离子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R由R=d得B磁场方向垂直纸面向外（2）设沿CN运动的离子速度大小为v，在磁场中的轨道半径为R，运动时间为t由 vcos=v0 得vR=方法一：设弧长为st=s=2(+)Rt=方法二：离子在磁场中做匀速圆周运动的周期Tt= （3）方法一： CM=MNcot=以上3式联立求解得CM=dcot方法二：设圆心为A，过A做AB垂直NO，可以证明NMBONM=CMtan又BO=ABcot=Rsincot=CM=dcot
