1 . 质谱仪是一种分离和检测同位素的重要工具，其结构原理如图所示。区域Ⅰ为粒子加速器，加速电压为：区域Ⅱ为速度选择器，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里，电场方向水平向左，板间距离为d；区域Ⅲ为偏转分离器，磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里，一质量为m，电荷量为的粒子，初速度为零，经粒子加速器加速后，恰能沿直线通过速度选择器，由O点沿垂直于边界的方向进入分离器后打在上的P点，空气阻力，粒子重力及粒子间相互作用力均忽略不计。
（1）求粒子进入速度选择器时的速度大小v；
（2）求速度选择器两极板间的电压；
（3）19世纪末，阿斯顿设计的质谱仪只由区域Ⅰ粒子加速器和区域Ⅲ偏转分离器构成，在实验中发现了氖22和氖20两种同位素粒子（两种粒子电荷量相同，质量不同），他们分别打在上相距为的两点。为便于观测。的数值大一些为宜，不计粒子从区域Ⅰ的上极板飘入时的初速度，请通过计算分析为了便于观测应采取哪些措施。

2 . 如图所示，图甲为磁流体发电机原理示意图，图乙为质谱仪原理图，图丙和图丁分别为速度选择器和回旋加速器的原理示意图，忽略粒子在图丁的D形盒狭缝中的加速时间，不计粒子重力，下列说法正确的是（　　）

A．图甲中，将一束等离子体喷入磁场，A、B板间产生电势差，A板电势高

B．图乙中，两种氢的同位素从静止经加速电场射入磁场，打到A1位置的粒子比荷比较小

C．图丙中，粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的速度

D．图丁中，随着粒子速度的增大，交变电流的频率也应该增大

3 . 在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理示意图，离子经加速后沿水平方向进入速度选择器，然后通过磁分析器，选择出特定比荷的离子，经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆（硅片）。速度选择器和磁分析器中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向均垂直纸面向外；速度选择器和偏转系统中的匀强电场场强大小均为E，方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为R₁和R₂的四分之一圆环，其两端中心位置M和N处各有一个小孔；偏转系统中电场的分布区域是一边长为L的正方体，其底面与晶圆所在水平面平行，间距为2L。当偏转系统不加电场时，离子恰好竖直注入到晶圆上的O点。整个系统置于真空中，不计离子重力。求：
（1）离子通过速度选择器的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷；
（2）偏转系统加电场时，离子从偏转系统底面飞出，注入到晶圆所在水平面的位置到O点的距离x。

4 . 质谱仪是一种检测和分离同位素的仪器。如图所示，某种带电粒子从容器A下方的小孔S₁进入电压恒定的加速电场（粒子初速度可忽略不计）。这些加速后的粒子经过小孔S₂沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度大小为B的匀强磁场中，粒子运动半个周期后打在照相底片D上。对于同一种元素，若有几种同位素时，就会在底片上不同位置出现按质量大小分布的谱线，通过谱线就可以分析同位素的组成。不计粒子的重力及粒子间的相互作用。
（1）若测得某种元素的两种同位素a、b打在底片上的位置P₁、P₂距离小孔S₂的距离分别为L₁和L₂。求两种同位素a、b的粒子质量之比m₁:m₂；
（2）若某种粒子经过小孔S₂沿着与磁场垂直的方向进入磁场后，形成等效电流为I的粒子束，其在照相底片D上的点P₃到S₂的距离为L₃（图中未画出），求该粒子束单位时间内对P₃点的冲击力大小F。

5 . 质谱仪的工作原理图如图所示，若干电荷量均为+q（q>0）而质量m不同的带电粒子经过加速电场加速后，垂直电场方向射入速度选择器，速度选择器中的电场E和磁场B₁的方向都与粒子速度的方向垂直，且电场E的方向也垂直于磁场B₁的方向。通过速度选择器的粒子接着进入匀强磁场B₂中，沿着半圆周运动后到达照相底片上形成谱线。若测出谱线到狭缝P的距离为x，不计带电粒子受到的重力和带电粒子之间的相互作用，则下列说法正确的是（　　）

A．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里

B．这些带电粒子通过狭缝P的速率都等于EB1

C．x与这些带电粒子的质量m成正比

D．x越大，带电粒子的比荷越大

6 . 速度相同的一束粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列相关说法中正确的是（　　）

A．该束带电粒子带负电

B．速度选择器的P1极板带负电

C．能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于

D．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S0，粒子的比荷越小

8 . 如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置的示意图。速度选择器（也称滤速器）中场强E的方向竖直向下，磁感应强度B₁的方向垂直纸面向里，分离器中磁感应强度B₂的方向垂直纸面向外。在S处有甲、乙、丙、丁四个一价正离子垂直于E和B₁入射到速度选择器中，若，，在不计重力的情况下，则分别打在P₁、P₂、P₃、P₄四点的离子分别是（     ）

A．甲、乙、丙、丁

B．甲、丁、乙、丙

C．丁、乙、丙、甲

D．甲、丁、丙、乙

9 . 现代质谱仪可用来分析比质子重很多的离子，其示意图如图所示，其中加速电压恒定。质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁场。若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12.5倍。此离子和质子的质量比约为（　　）

A．12

B．25

C．156

D．144

10 . 如图为某种质谱仪的工作原理示意图。此质谱仪由以下几部分构成：粒子源N；PQ间电压恒为U的加速电场；静电分析器，即中心线半径为R的四分之一圆形通道，通道内有均匀辐射电场，方向沿径向指向圆心O，且与圆心O等距的各点电场强度大小相等；磁感应强度为B的有界匀强磁场，方向垂直纸面向外。当有粒子打到胶片M上时，可以通过测量粒子打到M上的位置来推算粒子的比荷，从而分析粒子的种类以及性质。由粒子源N发出的不同种类的带正电的粒子，经加速电场加速后从小孔S₁进入静电分析器，其中粒子a和粒子b恰能沿圆形通道的中心线通过静电分析器，并经小孔S₂垂直磁场边界进入磁场，最终打到胶片上的落点到O的距离分别为D₁和D₂，其轨迹分别如图中的S₁S₂a和S₁S₂b所示。忽略带电粒子离开粒子源N时的初速度，不计粒子所受重力以及粒子间的相互作用。下列说法中正确的是（　　）

A．粒子源发出的所有带正电粒子都能沿圆形通道的中心线通过静电分析器

B．粒子a和粒子b经过小孔S1时的动能一定相等

C．静电分析器中心线处的电场强度大小为

D．粒子a和粒子b的比荷之比为