高考物理质谱仪知识点
最新三年高考物理高频考点精选分类解析 考点30 质谱仪
最新三年高考物理高频考点精选分类解析考点30 质谱仪【考点知识方法解读】质谱仪是分析同位素的重要工具。
质谱仪主要由加速电场、速度选择器和偏转分离磁场三部分组成。
经过速度选择器后的相同速率的粒子进入偏转磁场中，不同质量的粒子运动的轨道半径不同，由此来测定带电粒子的质量和分析同位素。
【最新三年高考物理精选解析】1.（20分）(2012·天津理综)对铀235的进一步研究在核能开发和利用中具有重要意义。
如图所示，质量为m、电荷量为q的铀235离子，从容器下方的小孔S1不断飘入加速电场，其初速度可视为零，然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中，做半径为R的匀速圆周运动。
离子行进半个圆周后离开磁场并被收集，离开磁场时离子束的等效电流为I。
不考虑离子重力及离子间的相互作用。
（1）求加速电场的电压U；（2）求出在离子被收集过程中任意时间t内收集到离子的质量M；（3）实际上加速电压大小会在U±△U范围内微小变化。
若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子，如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离，为使者两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠，UU∆应小于多少？（结果用百分数表示，保留两位有效数字）。
由①②式解得：U=222qB Rm。
③设m ’为铀238离子的质量，由于电压在U ±△U 之间有微小变化，铀235离子在磁场中最大半径为R max =1B铀238离子在磁场中最小半径为R’min =1B 这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠的条件为：R max <R’min .即：1B <1B 则有m(U+△U)< m’(U -△U)，U U ∆<''m m m m-+。
其中铀235离子质量m=235u （u 为原子质量单位），铀238离子质量m=238u ，故 U U ∆<238u-235u 238u+235u，解得U U∆<0.63%。
4.高考物理第一章 4 质谱仪与回旋加速器精品
(3)粒子离开加速器时的最大速度及最大动能.
答案
qBRmax m
q2B2Rmax2 2m
解析 由牛顿第二定律知 qBvmax＝mRvmmaaxx2 则 vmax＝qBmRmax
最大动能为 Ekmax＝12mvmax2＝q2B22Rmmax2.
针对训练2 (多选)回旋加速器是加速带电粒子的装置，其核心部分是分
图3
答案 由动能定理知 qU＝12mv2， 则粒子进入磁场时的速度大小为 v＝
2mqU，
由于粒子在磁场中运动的轨迹半径为 r＝mqBv＝B1
所以打在底片上的位置到 S3 的距离为B2
2mU q.
2mqU，
知识深化
1.加速：带电粒子进入质谱仪的加速电场，由动能定理得
qU＝12mv2
①
2.偏转：带电粒子进入质谱仪的偏转磁场做匀速圆周运动，由洛伦兹力
随堂演练
1.(质谱仪)质谱仪是一种测定带电粒子质量或分析同位素的重要设备， 它的构造原理图如图8所示.粒子源S产生的各种不同正粒子束(速度可视 为零)，经MN间的加速电压U加速后从小孔S1垂直于磁感线进入匀强磁场， 运转半周后到达照相底片上的P点.设P到S1的距离为x，则 A.若粒子束是同位素，则x越大对应的粒子质量越小
√大
C.只要x相同，对应的粒子质量一定相等 D.只要x相同，对应的粒子的电荷量一定相等
图8
123
解析 粒子在加速电场中做加速运动，
由动能定理得：qU＝12mv2，解得：v＝
2qU m.
粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，
由牛顿第二定律得：qvB＝mrv2，可得：r＝mqBv＝B1 2Uqm，
知识深化 回旋加速器两D形盒之间有窄缝，中心附近放置粒子源(如质子、氘核或 α粒子源)，D形盒间接上交流电源，在狭缝中形成一个交变电场.D形盒 上有垂直盒面的匀强磁场(如图6所示).
高考物理质谱仪和磁流体发电机易错题知识归纳总结
高考物理质谱仪和磁流体发电机易错题知识归纳总结一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．如图所示，两平行金属板P 、Q 水平放置，板间存在电场强度为E 的匀强电场和磁感应强度为B 1的匀强磁场．一个带正电的粒子在两板间沿虚线所示路径做匀速直线运动．粒子通过两平行板后从O 点进入另一磁感应强度为B 2的匀强磁场中，在洛仑兹力的作用下，粒子做匀速圆周运动，经过半个圆周后打在挡板MN 上的A 点．测得O 、A 两点间的距离为L ．不计粒子重力．（1）试判断P 、Q 间的磁场方向； （2）求粒子做匀速直线运动的速度大小v ； （3）求粒子的电荷量与质量之比q m． 【答案】（1）磁场方向垂直纸面向里．（2）1Ev B =（3）122q E m B B L= 【解析】（1）粒子做匀速运动，电场力和洛伦兹力平衡（如图所示）．根据左手定则知，磁场方向垂直纸面向里． （2）电场力和洛伦兹力平衡，qE=qvB 1，解得v ＝1EB ． （3）带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，qvB 2＝m 2v r，又L=2r ，解得122 q E m LB B ＝． 点睛：本题考查了带电粒子在复合场中的运动，解决本题的关键知道粒子在两金属板间受电场力和洛伦兹力平衡，以及知道在匀强磁场中靠洛伦兹力提供向心力，掌握轨道半径公式．2．质谱仪是研究同位素的重要仪器，如图所示为质谱仪原理示意图。
设粒子质量为m 、电荷量为q ，从S 1无初速度进入电场，加速电场电压为U ，之后垂直磁场边界进入匀强磁场，磁感应强度为B 。
不计粒子重力。
求：（1）粒子进入磁场时的速度是多大？ （2）打在底片上的位置到S 3的距离多大？ （3）粒子从进入磁场到打在底片上的时间是多少？ 【答案】（12qUm（222mU B q （3）m qB π【解析】 【详解】（1）粒子在加速电场中运动，有：212qU mv = 得粒子进入磁场时的速率为：2qUv m=（2）设粒子在磁场中运动的轨道半径为r ，有：2v qvB m r＝ 打在底片上的位置到S 3的距离：d=2r得：22mUd B q=（3）粒子在磁场中运动的周期为：22r mT v qBππ== 所求时间为： 2T mt qBπ==3．如图所示，质量为m 、电荷量为q 的粒子，从容器A 下方的小孔S 1不断飘入电压为U 的加速电场，其初速度几乎为零。
高中物理质谱仪和磁流体发电机习题知识归纳总结附答案
高中物理质谱仪和磁流体发电机习题知识归纳总结附答案一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．如图所示，质量为m 、电荷量为+q 的粒子，从容器A 下方的小孔S 1不断飘入加速电场，其初速度几乎为零，粒子经过小孔S 2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，做半径为R 的匀速圆周运动，随后离开磁场，不计粒子的重力及粒子间的相互作用．（1）求粒子在磁场中运动的速度大小v ； （2）求加速电场的电压U ；【答案】(1)BqR m （2）222B qR m【解析】 【分析】(1)根据牛顿第二定律，洛仑兹力提供向心力就能求出粒子进入磁场时的速度大小； (2)根据粒子在电场中运动的规律，由动能定理就能求出电压． 【详解】(1) 洛仑兹力提供向心力2v qvB m R=解得qBRv m=； (2) 根据动能定理212qU mv =解得：222B qR U m=． 【点睛】本题是动能定理和牛顿定律的综合题，解决本题的关键会灵活运用动能定理和牛顿运动定律，还要理解电流强度的定义．2．如图所示为质谱仪的示意图，在容器A 中存在若干种电荷量相同而质量不同的带电粒子，它们可从容器A 下方的小孔S 1飘入电势差为U 的加速电场，它们的初速度几乎为0，然后经过S 3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。
若这些粒子中有两种电荷量均为q 、质量分别为m 1和m 2的粒子（m 1＜m 2）。
（1）分别求出两种粒子进入磁场时的速度v 1、v 2的大小； （2）求这两种粒子在磁场中运动的轨道半径之比； （3）求两种粒子打到照相底片上的位置间的距离。
【答案】（112qU m 22qU m 212m m 3）2qB 22qm U 12qmU 【解析】 【分析】（1）带电粒子在电场中被加速，应用动能定理可以求出粒子的速度。
（2）粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律可以求出粒子的轨道半径，然后求出半径之比。
高考物理质谱仪和磁流体发电机压轴难题专项复习
高考物理质谱仪和磁流体发电机压轴难题专项复习一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．质谱仪是一种测定带电粒子的质量及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（速度可看成为零），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1S 的距离为x ．（1）设离子质量为m 、电荷量为q 、加速电压为U 、磁感应强度大小为B ，求x 的大小．（2）氢的三种同位素11H 、21H 、31H 从离子源S 出发，到达照相底片的位置距入口处1S 的距离之比H D T ::x x x 为多少？ 【答案】（122mUB q2）23【解析】 【详解】（1）离子在电场中被加速时，由动能定理212qU mv =进入磁场时洛伦兹力提供向心力，2mv qvB r=，又2x r =，由以上三式得22mUx B q=（2）氢的三种同位素的质量数分别为1、2、3，由（1）结果知，::23H D T H D T x x x m m m ==2．如图所示，两平行金属板间电势差为U ，板间电场可视为匀强电场，金属板下方有一磁感应强度为B 的匀强磁场．带电量为＋q 、质量为m 的粒子，由静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，并进入磁场做匀速圆周运动．忽略重力的影响，求： (1)粒子从电场射出时速度v 的大小； (2)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R .【答案】（12Uqm212mU B q 【解析】 【详解】(1)设带电粒子射出电场时的速度为v ，由动能定理可得：212qU mv =解得粒子射出速度2qUv m=(2)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律可得：2v qvB m R=可得带电粒子圆周运动的半径212mv m Uq mU R qB qB m B q===3．在如图所示的装置中，离子源A 可提供速度很小的正离子（其速度可视为零），经加速电压加速后从S 点进入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外，虚线框为磁场区域的边界线，在磁场作用下，离子沿半个圆周运动后射出磁场，射出点P 到S 的距离用x 表示． （1）当离子源提供的是单一种类的第一种离子时，P 到S 的距离为x 1，当离子源提供的是单一种类的第二种离子时，P 到S 的距离为x 2，已知x 1/x 2=a ．试求这两种离子在磁场中运动的时间之比．（2）若离子源A 提供的是由H +、D +、4He +、H 2+混合而成的多种离子，又通过速度选择器使各种离子的速度的速率都为v ，当这些离子从S 点进入匀强磁场后，从磁场射出时可分离出哪几种离子束？若v =2.0×106m/s,B =0.50T,元电荷e =1.60×10-19C ，质子质量m P =1.68×10-27kg,试求各种离子出点P 到S 的距离．【答案】（1）212t a t =（2）8.4cm 17cm 34cm 17cm 【解析】 【详解】（1）设加速电压为U ，电量为q ，加速后的速度为v ， 根据动能定理得： 212qU mv =粒子进入磁场后．在洛伦兹力的作用下做圆周运动，半径为R ，磁感应强度为B.则有：2v qvB m R= 周期为：2m T qB π=设两种粒子的电荷量分别为q 1、q 2，质量分别为m 1、m 2，进入磁场的速度分别为v 1、v 2 根据题意得：1122x R x R = 1122t T t T =212x a x = 以上联立解得：212t a t = （2）x 取决于粒子的电荷量与质量的比值，可以看出氘核（D +）氢分子粒子（H 2+）的电荷量与质量的比值相同，他们将从同一点射出磁场，这两种离子束不能被磁场分开，而质子和氦粒子的电荷量与质量的比值不相同，也与氘核和氢分子粒子的不同，他们将从不同点射出磁场，可以单独分离出来，故可获得质子束流、氦离子流、氘核与氢分子粒子混合的束流，共三种束流．把有关数据代入得：8.4H x cm += 17D x cm += 434He x cm += 217H x cm +=【点睛】本题主要考查了带电粒子在电场加速作用下进入磁场，通过牛顿第二定律和动能定理，在结合比荷关系进行解题．4．如图所示，磁流体发电机的通道是一长为L 的矩形管道，其中通过电阻率为ρ的等离子体，通道中左、右一对侧壁是导电的，其高为h ，相距为a ，而通道的上下壁是绝缘的，所加匀强磁场的大小为B ，与通道的上下壁垂直.左、右一对导电壁用电阻值为r 的电阻经导线相接，通道两端气流的压强差为Δp ，不计摩擦及粒子间的碰撞，求等离子体的速率是多少.【答案】2()p a Lhr B aLρ∆+【解析】 【详解】等离子体通过管道时，在洛伦兹力作用下，正负离子分别偏向右、左两壁，由此产生的电动势等效于金属棒切割磁感线产生的电动势，其值为E =Bav且与导线构成回路，令气流进出管时的压强分别为p 1、p 2，则气流进出管时压力做功的功率分别为p 1Sv 和p 2Sv ，其功率损失为p 1Sv -p 2Sv =ΔpSv由能量守恒，此损失的功率完全转化为回路的电功率，即ΔpSv =2E R=2()Bav R又S =ha R =ρa Lh+r 代入上式中得v =2()p a Lhr B aLρ∆+5．设图中磁流体发电机的两块金属板的长度均为a ，宽度均为b ，金属板平行且正对放置，间距为d ，其间有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感强度为B ，导电流体的流速为v (保持不变)，电阻率为ρ，负载电阻的阻值为R .导电流体从一侧沿垂直磁场且与金属板平行的方向进入两板间，当开关K 拨在1时，磁流体发电机对负载电阻供电；当开关拨在2时，磁流体发电机给平行板电容器充电，电容器间一个质量为m 、电量为q 的悬吊带电小球在电场力作用下从竖直位置向右偏摆的最大角度为θ.求：(1)当开关K拨在1时，负载电阻得到的电压；(2)电容器极板之间的距离s.【答案】(1) (2)【解析】试题分析：（1）导电流体的运动可以等效为长度为d、电阻为r 的导体做切割磁感线运动求出切割产生的感应电动势，根据闭合电路欧姆定律求出感应电流的大小，从而求出负载电阻的电压．（2）根据动能定理求出电场强度的大小，结合电动势和电场强度求出电容器极板之间的距离．（1）根据法拉第电磁感应定律，发电机产生的感应电动势大小为导电流体的运动可以等效为长度为d、电阻为r 的导体做切割磁感线运动，其电阻根据闭合电路欧姆定律，通过负载电阻R的电流为则负载电阻R得到的电压为（2）磁流体发电机给电容器提供的电场强度带电体得到的电场力设摆线长为l，小球从竖直位置向上摆动的过程中，根据动能定理有：联立解得：6．空气电离后形成正负离子数相等、电性相反、呈现中性状态的等离子体，现有如图所示的装置：P和Q为一对平行金属板，两板距离为d，内有磁感应强度为B的匀强磁场．此装置叫磁流体发电机．设等离子体垂直进入磁场，速度为v，电量为q，气体通过的横截面积(即PQ两板正对空间的横截面积)为S，等效内阻为r，负载电阻为R，求(1)磁流体发电机的电动势ε；(2)磁流体发电机的总功率P．【答案】（1）ε＝Bvd（2）P＝B2v2d2/(R＋r)【解析】 【分析】正负离子从左侧进入匀强磁场区域后，正离子受到洛伦兹力后向P 板偏转，负离子向Q 板偏转，在两极间形成竖直向下的电场，此后的离子将受到电场力作用．当洛伦兹力与电场力平衡后，等离子流不再偏转，磁流体发电机P 、Q 板间的电势达到最高． 【详解】(1) 当二力平衡时，有qqBv dε=解得：Bvd ε=；(2) 当开关S 闭合后，由闭合电路欧姆定律得BvdI r Rr Rε==++ 发电机的总功率为：222B v d P I r Rε==+． 【点睛】分析运动过程，构建物理模型是解决问题的关键．7．磁流体发电是一项新兴技术，如图是它的示意图．平行金属板A 、B 之间有一个很强的磁场，将一束等离子体（即高温下电离的气体，含有大量正、负带电粒子）喷入磁场，A 、B 两板间便产生电压．如果把A 、B 和一个电阻R 相连，A 、B 就是一个直流电源的两个电极．如果电离气体充满两板间的空间，射入的等离子体速度均相同，两金属板间距为d ，板平面的面积为S.匀强磁场的磁感应强度为B ，方向垂直于速度方向，负载电阻为R ．当发电机稳定发电时，电流表示数为I ，A 、B 两板间电离气体的电阻率为ρ．求：等离子体速度的大小．【答案】I R B S d ρ⎛⎫+ ⎪⎝⎭【解析】 【详解】发电机稳定发电时，电荷受洛伦兹力和电场力处于平衡，有E qvB qd= 解得E dvB =根据闭合电路欧姆定律()E I r R =+得电离气体的电阻E dvBr R RI I=-=-由电阻定律得d rSρ=解得：I R B S dρ⎛⎫+⎪⎝⎭8．离子发动机是一种新型空间发动机，它能给卫星轨道纠偏或调整姿态提供动力，其中有一种了子发动机是让电极发射的电子撞击氙原子，使之电离，产生的氙离子经加速电场加速后从尾喷管喷出，从而使卫星获得反冲力，这种发动机通过改变单位时间内喷出离子的数目和速率，能准确获得所需的纠偏动力．假设卫星（连同离子发动机）总质量为，每个氙离子的质量为，电量为，加速电压为，设卫星原处于静止状态，，若要使卫星在离子发动机起动的初始阶段能获得大小为的动力，则（）发动机单位时间内应喷出多少个氙离子？（）此时发动机动发射离子的功率为多大？（）该探测器要到达的目的地是博协利彗星，计划飞行年（）．已知离子发动机向外喷射氙离子的等效电流大小为，氙离子的比荷．试估算载有该探测器的宇宙飞船所需携带的氙的质量是多少千克？【答案】（）；（）；（）（或）【解析】【分析】可设单位时间内喷出个离子，单位时间内喷出个离子就知道，由动量定理求力和个数、速度，在发射离子过程中，由动量守恒以及动能定理和功率公式求P。
高中物理质谱仪和磁流体发电机习题知识归纳总结word
高中物理质谱仪和磁流体发电机习题知识归纳总结word一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．某种工业上用质谱仪将铀离子从其他相关元素中分离出来，如图所示，铀离子通过U＝100kV的电势差加速后进入匀强磁场分离器，磁场中铀离子的路径为半径r＝1.00m的半圆，最后铀离子从狭缝出来被收集在一只杯中，已知铀离子的质量m＝3.92×10－25kg，电荷量q＝3.20×10－19C，如果该设备每小时分离出的铀离子的质量M＝100mg，则：(为便于计算 3.92≈2)(1)求匀强磁场的磁感应强度；(2)计算一小时内杯中所产生的内能；(3)计算离子流对杯产生的冲击力。
【答案】(1)0.5T(2)8.16×106J(3)0.011N【解析】【详解】(1)铀离子在加速电场中加速时，由动能定理qU＝12mv2－0铀离子做匀速圆周运动的向心力由洛伦兹力提供qvB＝2mvr所以B＝525192121210 3.92101 3.2010qUmmv Ummqr r q--⨯⨯⨯==⨯＝0.5T。
(2)每小时加速铀离子的数目n＝Mm＝625100103.9210--⨯⨯＝2.55×1020个，每个铀离子加速获得的动能为E k＝12mv2＝qU这些动能全部转化为内能，则n个铀离子全部与杯子碰撞后产生的总的内能为：Q＝nE k＝nqU＝2.55×1020×3.20×10－19×105J＝8.16×106J。
(3)经过1小时，把这些铀离子看成一个整体，根据动量定理得－F N t ＝0－Mv 所以求得杯子对这些铀离子的冲击力F N1956252 3.2101010010 3.92103600Mv t ---⨯⨯⨯⨯⨯⨯==⨯N ＝0.011N 据牛顿第三定律，离子对杯子的冲击力大小等于0.011N ；2．一台质谱仪的工作原理如图所示，电荷量均为+q 、质量不同的离子飘入电压为U 0的加速电场，其初速度几乎为零，这些离子经过加速后通过狭缝O 沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B 的匀强磁场，最后打在底片上，已知放置底片区域已知放置底片的区域MN =L ，且OM =L ．某次测量发现MN 中左侧2/3区域MQ 损坏，检测不到离子，但右侧1/3区域QN 仍能正常检测到离子． 在适当调节加速电压后，原本打在MQ 的离子即可在QN 检测到．（1）求原本打在MN 中点P 的离子质量m ；（2）为使原本打在P 的离子能打在QN 区域，求加速电压U 的调节范围；（3）为了在QN 区域将原本打在MQ 区域的所有离子检测完整，求需要调节U 的最少次数．（取lg20.301=；lg30.477lg50.699==，） 【答案】（1）220932qB L m U =（2）0010016819U U U ≤≤ （3）3次 【解析】 【分析】 【详解】（1）离子在电场中加速： 在磁场中做匀速圆周运动：解得：代入，解得（2）由（1）知，离子打在Q 点， 离子打在N 点r=L ，，则电压的范围（3）由（1）可知，由题意知，第1次调节电压到U 1，使原本Q 点的离子打在N 点此时，原本半径为r 1的打在Q 1的离子打在Q 上解得第2次调节电压到U 2，原本打在Q 1的离子打在N 点，半径为r 2的打在Q 2的离子打在Q 上，则：，解得同理，第n 次调节电压，有检测完整，有解得：最少次数为3次 【点睛】本题主要是对运动过程的分析，能正确计算带电粒子在电场中的加速运动以及在磁场做圆周运动的半径等，通过对运动过程的分析，结合计算找到运动的规律3．图为某种质谱仪的结构的截面示意图，该种质谱仪由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。
高中物理质谱仪和磁流体发电机习题知识归纳总结
高中物理质谱仪和磁流体发电机习题知识归纳总结一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．利用电场和磁场，可以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．如图所示的矩形区域ACDG （AC 边足够长）中存在垂直于纸面的匀强磁场，A 处有一狭缝．离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA 边且垂直于磁场的方向射入磁场，一段时间后运动到GA 边，被相应的收集器收集．整个装置内部为真空．已知被加速的两种正离子的质量分别是m 1和m 2（m 1＞m 2），电荷量均为q ．加速电场的电势差为U ，离子进入电场时的初速度可以忽略．不计重力，也不考虑离子间的相互作用．（1）若忽略狭缝的宽度，当磁感应强度的大小为 B 时，求两种离子在 GA 边落点的间距 x ；（2）若狭缝宽度不能忽略，狭缝过宽可能使两束离子在 GA 边上的落点区域交叠，导致两种离子无法完全分离．设磁感应强度大小可调，GA 边长为定值 L ，狭缝宽度为 d ，狭缝右边缘在 A 处．离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于 GA 边且垂直于磁场．为保证上述两种离子能落在 GA 边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度．【答案】（1(1228U m m qB （212122m m L m m --【解析】 【分析】(1)离子在匀强磁场中将做匀速圆周运动，此时向心力提供洛伦兹力，由带电离子在磁场中运动的半径公式可分别求出质量为m 1、m 2的粒子的轨迹半径，两个轨迹的直径之差就是离子在GA 边落点的间距。
(2)由题意画出草图，通过图找出两个轨迹因宽度为d 狭缝的影响，从而应用几何知识找出各量的关系，列式求解。
【详解】（1）由动能定理得21112qU m v =解得112qUv m =由牛顿第二定律2mv qvb R = mvR qB=如图所示利用①式得离子在磁场中的轨道半径为别为1122mU R qB=，2222m U R qB =② 两种离子在GA 上落点的间距()2112282Ux R R m m qB =-（）=-③( 2)质量为m 1的离子，在GA 边上的落点都在其入射点左侧2R 1处，由于狭缝的宽度为d ，因此落点区域的宽度也是d 。
质谱仪相关知识点总结
质谱仪相关知识点总结质谱仪的工作原理质谱仪的工作原理主要包括离子化、质谱分析和数据处理三个步骤。
1. 离子化在质谱仪中，试样分子首先被转化为离子。
这通常通过电子轰击（Electron Impact，EI）或者电喷雾（Electrospray Ionization，ESI）等离子化技术来实现。
在EI离子化中，试样分子经过高能电子撞击后失去一个电子，形成分子离子。
在ESI离子化中，试样分子被溶解在溶剂中，通过喷雾器形成微小的液滴，然后在电场作用下产生离子。
2. 质谱分析离子化后的离子经过加速、分离和检测。
首先，离子被加速到一定能量，然后通过磁场或电场进行分离，根据其质荷比的不同使不同质量的离子沿不同的轨迹飞行。
最后，检测器探测到离子并将其转化为电信号，形成质谱图。
3. 数据处理得到的质谱图可以通过计算机进行数据处理和分析，包括离子峰的识别、质谱图的解释等。
通过对质谱图的分析，可以确定试样分子的分子量、组成和结构等信息。
质谱仪的应用质谱仪广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域的研究和应用。
1. 化学领域在化学领域，质谱仪被用于分析化合物的组成和结构。
通过对化合物的质谱图进行分析，可以确定化合物的分子量、分子结构、官能团等信息，有助于化合物的鉴定和结构证明。
2. 生物医学领域在生物医学领域，质谱仪被用于生物大分子的分析，比如蛋白质和核酸。
通过质谱仪可以得到生物大分子的质谱图，从而确定其氨基酸序列、修饰方式等信息，有助于理解生物大分子的结构和功能。
3. 环境领域在环境领域，质谱仪被用于分析环境样品中的有机污染物。
通过质谱仪可以对环境样品中的污染物进行定性和定量分析，对环境污染的来源和危害进行评估。
质谱仪的类型根据离子化技术和质谱分析技术的不同，质谱仪可以分为多种类型，包括电子轰击质谱仪（Electron Impact Mass Spectrometer），电喷雾质谱仪（Electrospray Mass Spectrometer），气相色谱质谱联用仪（Gas Chromatography Mass Spectrometer），液相色谱质谱联用仪（Liquid Chromatography Mass Spectrometer）等。
高考物理命题热点_质谱仪
20卷第1期 (总115期) ·47 ·高考物理命题热点——质谱仪丁庆红 杨昌梅质谱仪是将物质粒子转换成离子并通过适当的电场、磁场将它们按空间位置、时间先后、飞行轨道稳定与否实现荷质比分离，并检测强度后进行物质成分分析的仪器。
质谱仪主要由进样系统、真空系统、电学系统、检测系统和数据处理分析系统组成。
质谱方法最早于1913年由J. J. 汤姆逊确定，以后经F. W. 阿斯顿等人改进完善。
现代质谱仪经过不断改进，仍然利用电磁学原理，使离子束按荷质比分离。
质谱仪的性能指标是它的分辨率，如果质谱仪恰能分辨质量m 和m +Δm ，分辨率定义为m /Δm 。
现代质谱仪的分辨率很高，可测量原子质量精确到小数点后7位数字。
目前常用的质谱分析技术有以下四种：离子阱质谱、飞行时间质谱、四级杆质谱和傅立叶变换离子回旋共振质谱。
质谱仪最重要的应用是分离同位素并测定它们的原子质量及相对丰度。
测定原子质量的精度超过化学测量方法，大约2/3以上的原子的精确质量是用质谱方法测定的。
由于质量和能量的当量关系，由此可得到有关核结构与核结合能的知识。
对于可通过矿石提取的放射性衰变产物元素的分析测量，可确定矿石的地质年代。
质谱方法还可用于有机化学分析，特别是微量杂质分析/测量分子的分子量，为确定化合物的分子式和分子结构提供了可靠依据。
由于化合物有着像指纹一样的独特质谱，质谱仪在工业生产中也得到了广泛应用。
近年来，对质谱仪的考查成了高考理科综合物理学科的命题热点。
一、高考物理试题注重考查质谱仪的工作原理 [例1]（2001年全国理综）图1是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。
方法是某有机化合物的气态分子导入图1所示的容器A 中，使它受到电子束轰击，失去一个电子变成正一价的分子离子。
分子离子从狭缝s 1以很小的速度进入电压为U 的加速电场区（初速不计），加速后，再通过狭缝s 2、s 3射入磁感强度为B 的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ 。
高考物理质谱仪和磁流体发电机压轴难题知识点及练习题附答案
高考物理质谱仪和磁流体发电机压轴难题知识点及练习题附答案一、高中物理解题方法：质谱仪和磁流体发电机1．带电粒子的电荷量与质量之比（qm）叫做比荷。
比荷的测定对研究带电粒子的组成和结构具有重大意义。
利用质谱仪可以测量带电粒子的比荷。
如图所示为一种质谱仪的原理示意图。
某带电粒子从容器A 下方的小孔飘入加速电场（其初速度可视为零），之后自O 点沿着与磁场边界垂直的方向进入匀强磁场中，最后打到照相底片上的P 点。
忽略重力的影响。
当加速电场的电势差为U ，匀强磁场的磁感应强度为B 时，O 点与P 点间的距离为L 。
（1）请你说该带电粒子带正电还是带负电。
（2）求该带电粒子的比荷。
【答案】(1)正电 (2) 228q U m B L= 【解析】 【详解】（1）根据粒子在磁场中的运动轨迹，结合左手定则可知粒子带正电。
（2）带电粒子在加速电场中加速，根据动能定理212qU mv =带电粒子在磁场中做匀速圆周运动时，洛伦兹力充当向心力2v qvB m R=由题知12R L =解得带电粒子的比荷228q U m B L=2．质谱仪在同位素分析、化学分析、生命科学分析中有广泛的应用。
如图为一种单聚焦磁偏转质谱仪工作原理示意图，在以O 为圆心，OH 为对称轴，夹角为2α的扇形区域内分布着方向垂直纸面的匀强磁场。
离子源S 产生的各种不同正离子束（速度可看成零），经加速电压U 0加速后，从A 点进入偏转电场，如果不加偏转电压，比荷为qm的离子将沿AB 垂直磁场左边界进入扇形磁场，经过扇形区域，最后从磁场右边界穿出到达收集点D ，其中1OM r =，2ON r =，B 点是MN 的中点，收集点D 和AB 段中点对称于OH 轴；如果加上一个如图所示的极小的偏转电压，该离子束中比荷为qm的离子都能汇聚到D 点。
试求： (1)离子到达A 点时的速度大小； (2)磁感应强度的大小和方向；(3)如果离子经过偏转电场后偏转角为θ，其磁场中的轨道半径和在磁场中运动的时间。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
高考物理质谱仪知识点
质谱仪（Mass Spectrometer）是一种科学仪器，用于对物质的组成、结构和性质进行分析和研究。
在高考物理考试中，质谱仪也是一个重
要的知识点。
本文将介绍质谱仪的原理、结构和应用等方面的知识。
一、质谱仪的原理
质谱仪的基本原理是利用物质在电场和磁场中的作用下，通过质量
分离和荷质比测定来分析样品的组成。
它主要包括以下几个过程：
1. 源化过程：将样品转化为气态、液态或固态的粒子，以便进入质
谱仪进行分析。
2. 离子化过程：经过源化后的样品粒子被电离，即给予或夺去电子，形成带电的粒子，通常是正离子。
3. 加速过程：将电离后的带电粒子加速到一定速度，以便进一步进
行分离和检测。
4. 分离过程：带电粒子在磁场中进行运动，根据其荷质比的不同，
在磁场中呈现出不同的轨迹，并最终形成质谱图。
5. 检测过程：通过检测带电粒子的荷质比，获得质谱图谱，从而分
析样品的组成和性质。
二、质谱仪的结构
质谱仪的结构主要包括离子源、质量分析器和检测器。
1. 离子源：质谱仪的样品通过离子源进行离子化。
常用的离子源有
电离（EI）、化学电离（CI）、电子轰击（EI）等。
2. 质量分析器：质量分析器用来分离离子，根据其质量和荷质比的
不同，将离子引导至不同的轨道。
常见的质量分析器有磁扇形质量分
析器和四极质谱仪等。
3. 检测器：质谱仪的检测器用来检测分离后的离子，通常是通过测
量离子电流来获得质谱图谱。
常用的检测器有离子倍增管和多道分析器。
三、质谱仪的应用
质谱仪在科学研究和实际应用中有着广泛的应用。
1. 有机物分析：质谱仪可以用于有机物的结构和组成分析，例如对
有机化合物进行质谱分析，从而确定其分子式、结构和质谱图谱。
2. 环境监测：质谱仪可以用于环境中的污染物检测，例如检测大气
中的有害气体和水体中的有机物质，从而提供环境保护和治理的依据。
3. 药物研发：质谱仪在药物研发过程中也有重要应用，例如对药物
的质量控制、药物代谢产物的分析等。
4. 法医学：质谱仪在法医学中可以用于对刑事案件的物证进行分析
和鉴定，例如对毒物、残留物等进行检测，帮助破案。
5. 生物医学：质谱仪在生物医学领域中也有广泛应用，例如蛋白质
组学、代谢组学等方面的研究。
在高考物理考试中，对质谱仪的原理、结构和应用等方面的了解是非常重要的。
通过理解和掌握质谱仪的知识点，可以更好地应对相关的考题，并在实际应用中发挥其作用。
希望本文能对你的学习和备考有所帮助！。