1 . 如图所示为用质谱仪测定带电粒子比荷的装置示意图。它是由离子室、加速电场、速度选择器和分离器四部分组成。已知速度选择器的两极板间的匀强电场场强为E，匀强磁场磁感应强度为B₁，方向垂直纸面向里。分离器中匀强磁场磁感应强度为B₂，方向垂直纸面向外。某次实验离子室内充有大量氢的同位素离子，经加速电场加速后从速度选择器两极板间的中点O平行于极板进入，部分粒子通过小孔O′后进入分离器的偏转磁场中，在底片上形成了对应于氕、氘、氚三种离子的三个有一定宽度的感光区域，测得第一片感光区域的中心P到O′点的距离为D₁。不计离子的重力、不计离子间的相互作用，不计小孔O′的孔径。
(1)打在感光区域中心P点的离子，在速度选择器中沿直线运动，试求该离子的速度v₀和比荷；
(2)以v＝v₀±Δv的速度从O点射入的离子，其在速度选择器中所做的运动为一个速度为v₀的匀速直线运动和另一个速度为Δv的匀速圆周运动的合运动，试求该速度选择器极板的最小长度L；
(3)为能区分三种离子，试求该速度选择器的极板间最大间距d。

2 . 某一质谱仪原理如图所示，区域Ⅰ为粒子加速器，加速电压为U₁；区域Ⅱ为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为B₁，板间距离为d；区域Ⅲ为偏转分离器，磁感应强度为B₂。一质量为m，电荷量为+q的粒子，初速度为0，经粒子加速器加速后，该粒子恰能沿直线通过速度选择器，由O点沿垂直于边界MN的方向进入分离器后做匀速圆周运动，打在P点上。忽略粒子所受重力，求
(1)粒子进入速度选择器的速度v；
(2)速度选择器的两极板电压U₂；
(3)OP之间的距离。

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、磁分析器和偏转系统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；偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为L的正方体，其偏转系统的底面与晶圆所在水平面平行，间距也为L。当偏转系统不加电场及磁场时，离子恰好竖直注入到晶圆上的O点（即图中坐标原点，x轴垂直纸面向外）。整个系统置于真空中，不计离子重力，打在晶圆上的离子，经过电场和磁场偏转的角度都很小。当α很小时，有，。求：
(1)离子通过速度选择器后的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷；
(2)偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置，用坐标(x，y)表示；
(3)偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置，用坐标(x，y)表示；
(4)偏转系统同时加上电场和磁场时离子注入晶圆的位置，用坐标(x，y)表示，并说明理由。

4 . 有一种质谱仪的结构如图所示。带电粒子经过S₁和S₂之间的电场加速后，进入P₁、P₂之间的狭缝。P₁、P₂之间存在着互相正交的磁场B₁和电场E，只有在这一区域内不改变运动方向的粒子才能顺利通过S₀上的狭缝，进入磁感应强度为B₂的匀强磁场区域后做匀速圆周运动，打在屏A′A上，并发出亮光，记录下亮光所在的位置，量取狭缝到亮光的距离d，即可求出带电粒子的荷质比，简述其原理。

5 . 如图所示为分析研究同位素的重要工具——质谱仪，其加速电压为U₀，放置感光胶片区域MN＝L，NQ＝L，OM＝L。第一次，在A处使某种离子无初速地飘入加速度电场，从O处垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最后打在胶片上M处引起感光黑点。第二次，加速电荷量相同、质量分别为m₁和m₂（m₁＜m₂）的两种离子，加速后离子不能完全垂直进入磁场，离子进入磁场的方向与边界法线之间有夹角α。求：
(1)打在M处离子的比荷；
(2)要使原本打在M处离子能打到QN区域所需要的加速电压U；
(3)在胶片上能分开不垂直进入磁场的两种离子，夹角α的最大值。

6 . 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。图中的铅盒A中的放射源释放出大量的带正电粒子，其中部分粒子能沿竖直方向通过离子速度选择器，从小孔G垂直于MN射入偏转磁场。已知速度选择器中匀强磁场的磁感应强度大小为B₁，匀强电场的电场强度为E；偏转磁场是以直线MN为切线、半径为R的圆形边界匀强磁场，磁感应强度大小为B₂，方向垂直于纸面向外。现在MN上的F点（图中未画出）接收到粒子，且GF=R。粒子的重力忽略不计，求：
(1)该粒子的比荷；
(2)该粒子从小孔G到达F点所用的时间t。

7 . 质谱仪是一种测带电粒子质量和分析同位素的重要工具．如图所示为一种质谱仪的原理示意图，粒子源产生的电荷量为q的正离子，飘入加速电场加速后，刚好沿直线通过速度选择器，通过狭缝O沿垂直磁场的方向进入偏转磁场，并打在底片上的中点P处。已知速度选择器中的电场强度为E，磁感应强度为B₁，偏转磁场的磁感应强度为B₀，放置底片的区域MN=L，且ON＝L。不考虑离子的重力和进入加速电场前的初速度。
（1）求离子的质量m和加速电场的电压U；
（2）只改变偏转磁场磁感应强度的大小，可调节离子打在底片上的位置．为使离子打在底片上，求偏转磁场磁感应强度的调节范围（用B₀表示）。

8 . 质谱仪是一种精密仪器，是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具图中所示的质谱仪是由加速电场和偏转磁场组成带电粒子从容器A下方的小孔飘入电势差为U的加速电场，其初速度几乎为0，然后经过沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，最后打到照相底片D上不计粒子重力．

若由容器A进入电场的是质量为m、电荷量为q的粒子，求：
粒子进入磁场时的速度大小v；
粒子在磁场中运动的轨道半径
若由容器A进入电场的是互为同位素的两种原子核、，由底片上获知、在磁场中运动轨迹的直径之比是：求、的质量之比：．

9 . 质谱仪是用来测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具，如图所示，电容器两极板相距为d，两板间电压为U，极板间匀强磁场的磁感应强度为B₁，方向垂直纸面向外．一束电荷电量相同、质量不同的带正电的粒子，沿电容器的中线平行于极板射入电容器，沿直线匀速穿过电容器后进入另一磁感应强度为B₂的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向外．结果分别打在感光片上的a、b两点，设a、b两点之间距离为△x，粒子所带电荷量为q，且不计重力，求：
   
（1）求粒子进入磁场B₂时的速度v的大小.
（2）求打在a、b两点的粒子质量之差△m.
（3）比较这两种带电粒子在磁场B₂中运动时间的大小关系，并说明理由.

10 . 如图所示，一质量为m，电荷量为q的粒子从容器A下方小孔S₁飘入电势差为U的加速电场，然后让粒子从小孔S₃垂直进入磁感应强度为B的磁场中，最后打到底片D上，粒子的重力忽略不计。

(1)粒子在S₁、S₂之间做什么运动？在S₂、S₃之间做何种运动，在磁场区域将做何种运动？
(2)粒子刚进入磁场时的速度大小
(3)若粒子最终打到底片的D点，S₃距离D多远？