质谱仪专项训练卷

绝密★启用前

2013-2014学年度北京师范大学万宁附属中学

质谱仪专项训练卷

考试范围：电磁场；命题人：王占国；审题人：孙炜煜

学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________

注意事项：

1．答题前填写好自己的姓名、班级、考号等信息 2．请将答案正确填写在答题卡上

第I 卷（选择题）

请点击修改第I 卷的文字说明 一、选择题（题型注释）

1．图中所示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 ；P 、Q 间的加速电场；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；胶片M 。由粒子源发出的不同带电粒子，经加速电场加速后进入静电分析器，某些粒子能沿中心线通过静电分析器并经小孔S 垂直磁场边界进入磁场，最终打到胶片上的某点。粒子从粒子源发出时的初速度不同，不计粒子所受重力。下列说法中正确的是

A ．从小孔S 进入磁场的粒子速度大小一定相等

B ．从小孔S 进入磁场的粒子动能一定相等

C ．打到胶片上同一点的粒子速度大小一定相等

D ．打到胶片上位置距离O 点越远的粒子，比荷越大 【答案】C 【解析】

试题分析：粒子经加速电场加速后根据动能定理22011

22

qu mv mv =

-，在四分之一圆形通道内，有径向的均匀辐射电场，粒子最终经小孔S 垂直磁场边界进入磁场，说明在

圆形通道内做圆周运动，电场力提供向心力，从小孔S 进入磁场的粒子，在圆形通道内

经过的位置电场强度相同，圆周运动半径相同。根据2

v qE m R

=，虽然半径相同，但是

试卷第2页，总30页

电荷量和质量关系不明确，所以速度大小不确定，动能大小不确定，选项AB 错。进入

磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力2v qvB

m r

=，2mv ER v ER

r qB v B vB ==⨯=

打到胶片上同一点的粒子半径相同，根据2mv ER v ER

r qB v B vB

=

=⨯=

，由于电场强度磁场强度和圆形通道内圆周运动半径相同，所以半径相同，选项C 对。打到胶片上位置距离O 点越远的粒子在磁场中做圆周运动半径越大即2mv ER v ER

r qB v B vB

=

=⨯=

越大，说明速度越小，与比荷无关，选项D 错。

考点：带电粒子在电场磁场中的运动

2．如图是质谱仪工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B 和E ．平板S 上有可让粒子通过的狭缝P 和记录粒子位置的胶片A 1 A 2 ．S 下方有磁感应强度为B 0的匀强磁场．下列表述正确的是

A ．质谱仪是分析同位素的重要工具

B ．速度选择器中的磁场方向垂直纸面向外

C ．能通过狭缝P 的带电粒子的速率等于

E

B

，与粒子带何种电荷无关 D ．带电量相同的粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝P ，粒子的质量越大 【答案】ABC 【解析】

缝P ，粒子圆周运动的半径越小荷质比越大；故D 错误； 考点：质谱仪的工作原理

3．1922年英国物理学家阿斯顿因质谱仪的发明、同位素和质谱的研究荣获了诺贝尔化学奖．若速度相同的同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

．该束带电粒子带正电；

B ．速度选择器的P 1极板带负电

C ．在B 2磁场中运动半径越大的粒子，比荷

q

m

越小 D ．在B 2磁场中运动半径越大的粒子，质量越大 【答案】AC 【解析】

试题分析：带电粒子在磁场中向下偏转，磁场的方向垂直纸面向外，根据左手定则知，该粒子带正电，故A 正确．在平行金属板间，根据左手定则知，带电粒子所受的洛伦兹力方向竖直向上，则电场力的方向竖直向下，知电场强度的方向竖直向下，所以速度选

择器的P 1极板带正电，故B 错误．进入B 2磁场中的粒子速度是一定的，根据qvB=m 2

v r

得，

r=

mv qB

，知r 越大，荷质比q

m 越小，而质量m 不一定大．故C 正确、D 错误．故选AC ．

考点：质谱仪和回旋加速器的工作原理

4．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 ．该束带电粒子带正电

B ．速度选择器的P 1极板带负电

C ．能通过狭缝S 0的带电粒子的速率等于EB 1

D ．粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S 0，粒子的比荷越大 【答案】 AD 【解析】

试题分析：带电粒子由左端射入质谱仪后的运动轨迹，由左手定则可知该束带电粒子带正电，A 选项正确；在速度选择器中，带正电的粒子受向下的磁场力，则必受向上的电场力，所以上极板带负电，B 选项错误；由于在速度选择器中粒子做匀速直线与的，所以11

,E

qvB qE v B ==

,C 选项错误；带电粒子由左端射入质谱仪后做匀速圆周运动，由22212

,v q v E

qvB m R m RB RB B ===

解得,粒子打在胶片上的位置越靠近狭缝S 0，R 越小，

试卷第4页，总30页

而E 、B 1、B 2不变，所以粒子的比荷

q

m

越大，D 选项正确。 考点：质谱仪 速度选择器 带电粒子在磁场中的匀速圆周运动

5．如图所示为质谱仪的原理图．利用这种质谱仪可以对氢元素进行测量．氢元素的各种同位素，从容器A 下方的小孔S 1进入加速电压为U 的加速电场，可以认为从容器出来的粒子初速度为零．粒子被加速后从小孔S 2进入磁感应强度为B 的匀强磁场，最后打在照相底片D 上，形成a 、b 、c 三条质谱线．关于氢的三种同位素进入磁场时速率的排列顺序和三条谱线的排列顺序，下列说法中正确的是：

A ．进磁场时速率从大到小的排列顺序是氕、氘、氚

B ．进磁场时速率从大到小的排列顺序是氚、氘、氕

C ．a 、b 、c 三条谱线的排列顺序是氕、氘、氚

D ．a 、b 、c 三条谱线的排列顺序是氘、氚、氕 【答案】A 【解析】

试题分析：根据2

12qU mv =

得，v =．比荷最大的是氕，最小的是氚，所以进入磁场速度从大到小的顺序是氕、氘、氚．故A 正确、B 错误．进入偏转磁场有

2v Bqv m r =，mv R qB ==c 对应的是氕，氚比荷最小，则轨道半径最大，a 对应的是氚．故CD 错误

故选A ．

考点：质谱仪和回旋加速器的工作原理． 点评：解决本题的关键知道根据2

12

qU mv =

可求出速度，知道速度与比荷有关，以及知道根据2

v Bqv m r

=可求出轨道半径与比荷有关．

6．如右图是质谱仪的工作原理示意图．带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器．速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B 和E .平板S 上有可让粒子通过的狭缝P 和记录粒子位置的胶片A 1A 2.平板S 下方有强度为B 0的匀强磁场．下列表述正确的是