质谱仪可利用电场和磁场将比荷不同的离子分开,这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用。如图所示,虚线上...
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质谱仪可利用电场和磁场将比荷不同的离子分开,这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用。如图所示,虚线上方有两条半径分别为R和r(R>r)的半圆形边界,分别与虚线相交于A、B、C、D点,圆心均为虚线上的O点,C、D间有一荧光屏。虚线上方区域处在垂直纸面向外的匀强磁场中,磁感应强度为B。虚线下方有一电压可调的加速电场,离子源发出的某一正离子由静止开始经电场加速后,从AB的中点垂直进入磁场,离子打在边界上时会被吸收。当加速电压为U时,离子恰能打在荧光屏的中点。不计离子的重力及电、磁场的边缘效应。求:
(1)离子的比荷;
(3)离子能打在荧光屏上的加速电压范围。
【回答】
(1) (2) (3)
【解析】
(1)离子*做匀速圆周运动,根据几何关系找到半径,根据结合在电场中的加速,求解荷质比;(2) 离子在磁场中运动半个周期,根据周期公式求解时间;(3)根据离子能打在荧光屏上的两个边缘的情况求解加速电压的范围.
【详解】
(1)离子*的半径
由匀速圆周运动得
在电场中加速,有
解得:
(2)离子在磁场中运动的周期为
在磁场中运动的时间
解得:
(3)由(1)中关系,知加速电压和离子半径之间的关系为
若离子恰好打在荧光屏上的C点,轨道半径
若离子恰好打在荧光屏上的D点,轨道半径
即离子能打在荧光屏上的加速电压范围:
知识点:质谱仪与回旋加速器
题型:解答题
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