专题11 质谱仪模型-2023年高考物理磁场常用模型最新模拟题精练

2023年高考物理《磁场》常用模型最新模拟题精练 专题11. 质谱仪模型 一．选择题 1． （2022北京海淀二模）如图所示为某种质谱仪工作原理示意图，离子从电离室中的小孔飘出（初速度不计），经电压为的加速电场加速后，通过小孔，从磁场上边界垂直于磁场方向进入磁感应强度为的匀强磁场中，运动半个圆周后打在照相底片上并被吸收形成谱线。照相底片上有刻线均匀分布的标尺（图中未画出），可以直接读出离子的比荷。下列说法正确的是（　　） A. 打在照相底片上的离子带负电 B. 可以通过减小磁感应强度来增大不同离子形成谱线之间的间隔 C. 谱线对应比荷的值大于谱线对应比荷的值 D. 标尺上各刻线对应比荷值是均匀的 2. （2022江西南昌三模）质谱仪在核能开发和利用过程中具有重要意义，如图是质谱仪工作原理示意图，加速电场的两平行金属板间距为d，电势差为U。质量为m、电荷量为q的正离子，由静止开始从正极板出发，经电场加速后射出，进入速度选择器.离子沿直线穿过速度选择器后经过狭缝P垂直于磁场方向进入磁感应强度为B0的匀强磁场中，做半径为R的匀速圆周运动并打在胶片A1A2上，设速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场分别为B和E，则（ ） A. 速度选择器中磁场B方向垂直纸面向里 B. 加速电场场强大小为 C. 离子打在胶片上的位置越靠近狭缝P，离子的荷质比越小 D. 能通过狭缝P的带电离子的速率等于 3. (2022辽宁沈阳二模)下图是某质谱仪的工作原理示意图，该质谱仪由粒子源（未画出）、加速电场、静电分析器和磁分析器组成。已知静电分析器的四分之一圆弧通道半径为R，通道内有一方向均指向圆心O的均匀辐向电场，且与圆心O等距的各点电场强度大小相等；磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，PQ为胶片。现位于A处的粒子源发出电量相等、质量不等、速率不等的带电粒子，经加速电压U加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器，离开P点后进入磁分析器，最终打在胶片上的某点。不计粒子的重力，下列判断正确的是（　　） A. 从P点进入磁场的粒子速率一定相等 B. 从P点进入磁场的粒子动量一定相等 C. 打到胶片上同一点的粒子质量一定相等 D. 打到胶片上的位置距离P点越远，粒子比荷越大 4．某种质谱仪的工作原理示意图如图所示。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电粒子，经加速电场加速后从小孔进入静电分析器，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，并经小孔垂直磁场边界进入磁场，最终打到胶片上，其轨迹分别如图中的和所示。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a可能带负电 B．若只增大加速电场的电压U，粒子a可能沿曲线运动 C．粒子a经过小孔时速度大于粒子b经过小孔时速度 D．粒子a在磁场中运动的时间一定大于粒子b在磁场中运动的时间 5．（２０２２湖南长沙重点高中质检）如图所示为质谱仪测定带电粒子质量的装置示意图。速度选择器（也称滤速器）极板长度为L，宽度为d，电场强度为E，方向竖直向下，磁感应强度B1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，小孔A在速度选择器的中线上，其孔大小可以忽略。在S处有带电量为、质量为m的同种正离子垂直于E和B1以不同速率沿中线入射到速度选择器中，已知，速度满足某一条件的粒子经过A孔、B2后打在接收板PQ上。下列说法正确的是（ ） A．打在收集板上的粒子在右侧磁场B2中运动时间一定相同 B．通过A点的粒子轨迹一定相同 C．粒子要通过A点，粒子速度必须满足 D．速度的粒子可能通过A点打在收集板上 二、计算题 1（2023安徽蚌埠二模）（１３分）如图为某种质谱仪的工作原理示意图，它是由粒子源 Ｍ、加速电场、静电分析器和 磁分析器组成。静电分析器是半径为 Ｒ的四分之一圆弧通道，通道内径忽略不计，其内部 有方向均指向圆心 Ｏ的均匀辐向电场（各处电场强度大小可视为相等）；磁分析器截面为 半径为 Ｒ的半圆形区域，其内部有垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为 Ｂ，ＣＯＤ为记 录胶片。粒子源 Ｍ发出初速度为零的质量不同、电荷量均为 ｑ（ｑ＞０）的带电粒子，经加速 电压为 Ｕ的电场加速后射入静电分析器，从 Ｃ处的通道出口进入磁分析器，最终打在记录 胶片上。不计粒子的重力。 （１）试通过计算分析静电分