一种质谱仪的结构可简化为如图所示，粒子源释放出初速度可忽略不计的
和
，粒子经直线加速器加速后由通道入口的中缝MN进入磁场区。该通道的上下表面是内半径为R、外半径为3R的半圆环。该通道置于竖直向上的匀强磁场中，正对着通道出口处放置一块照相底片，能记录粒子从出口射出时的位置。当直线加速器的加速电压为U0，沿左侧通道中心线MN射入磁场区，且恰好能击中照相底片的正中间位置，已知比荷为
，则
（1）匀强磁场的磁感应强度B；
（2）照相底片上和所击中位置间的距离；
（3）考虑加速电压有波动，在（U0-ΔU）到（U0 +ΔU）之间变化，若要和在底片上没有重叠区域，求ΔU满足的条件。
和，粒子经直线加速器加速后由通道入口的中缝MN进入磁场区。该通道的上下表面是内半径为R、外半径为3R的半圆环。该通道置于竖直向上的匀强磁场中，正对着通道出口处放置一块照相底片，能记录粒子从出口射出时的位置。当直线加速器的加速电压为U0，沿左侧通道中心线MN射入磁场区，且恰好能击中照相底片的正中间位置，已知比荷为，则（1）匀强磁场的磁感应强度B；
（2）照相底片上
和所击中位置间的距离；（3）考虑加速电压有波动，在（U0-ΔU）到（U0 +ΔU）之间变化，若要
和在底片上没有重叠区域，求ΔU满足的条件。
更新时间：2022-04-21 17:41:08
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【知识点】 基于加速电场的质谱仪
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较难
(0.4)
【推荐1】质谱仪被广泛应用于分离同位素，图甲是其简化模型。大量质量为m=1.60×10-27kg、电荷量为q=+1.60×10-19C的质子（即
核），从粒子源A下方以近似速度为0飘入电势差为U0=200V的加速电场中，并从中间位置进入偏转电场，偏转电场两板间宽度d＝2cm，已知粒子出射后马上进入匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向外，经磁场偏转后打在水平放置的屏上，给偏转电场两极间加上如图乙所示的电压，其周期T远大于粒子在电场中的偏转时间，两极板间视为匀强电场，板外电场忽略不计，屏足够长，所有粒子经偏转电场后均能全部进入磁场。忽略粒子所受重力和粒子间的相互作用力，求：
（1）质子射出加速电场时速度v的大小；
（2）当偏转电场极板长度L＝4cm时，质子在偏转电场中的最大偏转位移ym；
（3）当偏转电场极板长度L＝4cm时，若粒子源打出的粒子掺杂另一种粒子氚核（
），为使两种粒子均能击中屏且没有重叠，求磁感应强度的最大值。
核），从粒子源A下方以近似速度为0飘入电势差为U0=200V的加速电场中，并从中间位置进入偏转电场，偏转电场两板间宽度d＝2cm，已知粒子出射后马上进入匀强磁场中，磁场方向垂直纸面向外，经磁场偏转后打在水平放置的屏上，给偏转电场两极间加上如图乙所示的电压，其周期T远大于粒子在电场中的偏转时间，两极板间视为匀强电场，板外电场忽略不计，屏足够长，所有粒子经偏转电场后均能全部进入磁场。忽略粒子所受重力和粒子间的相互作用力，求：（1）质子射出加速电场时速度v的大小；
（2）当偏转电场极板长度L＝4cm时，质子在偏转电场中的最大偏转位移ym；
（3）当偏转电场极板长度L＝4cm时，若粒子源打出的粒子掺杂另一种粒子氚核（
），为使两种粒子均能击中屏且没有重叠，求磁感应强度的最大值。
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(0.4)
名校
【推荐2】如图所示是半导体注入工艺的装置示意图，某种元素的两种离子
和
，质量均为m，可从A点水平向右注入加速电场，初速度大小连续分布且在0和
之间。经电压为U的电场直线加速后，离子均从小孔C水平射入偏转电场（两极板水平放置且上极板带负电，电势差
可调），偏转后均能穿出此电场，其中CD为偏转电场的中线。离子穿出电场后立即进入紧靠电场的匀强磁场，该磁场边界线竖直、右侧足够大，磁感应强度大小B在
和
之间可调，方向始终垂直纸面向里。不考虑离子的重力及相互作用，元电荷带电量为e。
（1）仅注入初速度0的离子，不为0，求和穿出偏转电场时竖直方向位移之比；
（2）仅注入初速度为的离子，不为0且
，求离子在磁场中射入位置与射出位置的距离Y；
（3）若放置一块紧靠磁场左边界的竖直收集板，长度
，下端距D点的距离
。先调节偏转电场的电压，使
，仅注入离子，每秒发射的离子数为
，各种速率的离子数目相同，再调节磁感应强度大小，使
，求收集板上每秒能收集到的离子数n与B之间的关系。
和，质量均为m，可从A点水平向右注入加速电场，初速度大小连续分布且在0和之间。经电压为U的电场直线加速后，离子均从小孔C水平射入偏转电场（两极板水平放置且上极板带负电，电势差可调），偏转后均能穿出此电场，其中CD为偏转电场的中线。离子穿出电场后立即进入紧靠电场的匀强磁场，该磁场边界线竖直、右侧足够大，磁感应强度大小B在和之间可调，方向始终垂直纸面向里。不考虑离子的重力及相互作用，元电荷带电量为e。（1）仅注入初速度0的离子，
不为0，求和穿出偏转电场时竖直方向位移之比；（2）仅注入初速度为
的离子，不为0且，求离子在磁场中射入位置与射出位置的距离Y；（3）若放置一块紧靠磁场左边界的竖直收集板，长度
，下端距D点的距离。先调节偏转电场的电压，使，仅注入离子，每秒发射的离子数为，各种速率的离子数目相同，再调节磁感应强度大小，使，求收集板上每秒能收集到的离子数n与B之间的关系。
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(0.4)
【推荐3】如下图甲所示为某质谱仪核心部件结构图。圆心为O，半径为R的圆内有垂直纸面向外磁感应强度为B的匀强磁场，圆周右侧与O等高处有一粒子源S，与SO成
范围内向圆形磁场各个方向均匀发射速度大小相等、质量为m、电量为q的带正电的粒子，圆形磁场上方有关于竖直轴线
对称放置的两块长为R的平行金属板，两板间距也为R，两极板MN间加上如图乙所示的电压，其中
。平行金属板上方有垂直于纸面向内范围足够大的匀强磁场，其磁感应强度也为B，磁场下边缘处有一可左右平移的接收板PQ。已知从S点正对圆心O射出的粒子，出圆形磁场后恰好沿轴线进入两板间。不计粒子重力与粒子之间的相互作用，电压变化的周期远大于带电粒子在磁场中运动的时间。求：
（1）进入圆形磁场中的粒子速度大小；
（2）MN间电压为0时，能从板间穿出的粒子占总粒子数的比；
（3）要使接收板PQ能接收到所有从平行板间射出的粒子，则PQ的长度至少多长；
（4）当
时，若接收板可以上下左右平移，要使接收板上下表面能挡住所有从平行板电容器中射出的粒子，则PQ的长度至少为多长。
范围内向圆形磁场各个方向均匀发射速度大小相等、质量为m、电量为q的带正电的粒子，圆形磁场上方有关于竖直轴线对称放置的两块长为R的平行金属板，两板间距也为R，两极板MN间加上如图乙所示的电压，其中。平行金属板上方有垂直于纸面向内范围足够大的匀强磁场，其磁感应强度也为B，磁场下边缘处有一可左右平移的接收板PQ。已知从S点正对圆心O射出的粒子，出圆形磁场后恰好沿轴线进入两板间。不计粒子重力与粒子之间的相互作用，电压变化的周期远大于带电粒子在磁场中运动的时间。求：（1）进入圆形磁场中的粒子速度大小；
（2）MN间电压为0时，能从板间穿出的粒子占总粒子数的比；
（3）要使接收板PQ能接收到所有从平行板间射出的粒子，则PQ的长度至少多长；
（4）当
时，若接收板可以上下左右平移，要使接收板上下表面能挡住所有从平行板电容器中射出的粒子，则PQ的长度至少为多长。
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