速度选择器

速度选择器

原理：在如图所示的平行板器件中，电场强度E和磁感应强度B相互垂直，具有不同水平速度的带电粒子射入后发生偏转的情况不同。这种装置能把具有某一特定速度的粒子选择出来，匀速（或者说沿直线）通过,所以叫速度选择器。

思考：1.在电、磁场中，若不计重力，则：

2.其他条件不变，把粒子改为负电荷，能通过吗？

3.电场、磁场方向不变，粒子从右向左运动，能直线通过吗？

4.若速度小于这一速度？若速度大于这一速度？

例题：10．如图所示，两平行、正对金属板水平放置，使上面金属板带上一定量正电荷，下面金属板带上等量的负电荷，再在它们之间加上垂直纸面向里的匀强磁场，一个带电粒子v沿垂直于电场和磁场的方向从两金属板左端中央射入后向上偏转。若带电粒子以初速度

所受承力可忽略不计，仍按上述方式将带电粒子射入两板间，为使其向下偏转，下列措施中

一定不可行

．．．的

A．仅增大带电粒子射入时的速度

B．仅增大两金属板所带的电荷量

C．仅减小粒子所带电荷量

D．仅改变粒子的电性

变式：

11.喷墨打印机的简化模型如图所示，重力可忽略的墨汁微滴，经带电室带负电后，以速度v 垂直匀强电场飞入极板间，最终打在纸上，则微滴在极板间电场中( )

A ．向负极板偏转

B ．电势能逐渐增大

C ．运动轨迹是抛物线

D ．运动轨迹与带电量无关

质谱仪

原理：

例题：例1:如图所示为质谱仪的原理图，A 为粒子加速器，电压为U 1

；B 为速度选择器，

磁场与电场正交，磁感应强度为B 1，板间距离为d ；C 为偏转分离器，磁感应强度为B 2。今有一质量为m 、电量为q 的正离子经加速后，恰好通过速度选择器，进入分离器后做半径为R 的匀速圆周运动，求： ⑴粒子的速度v; ⑵速度选择器的电压U 2

⑶粒子在B 2磁场中做匀速圆周运动的半径R 。

变式1：

例2:质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具.如图5-7所示为质谱仪的原理示意图.现利用这种质谱议对氢元素进行测量.氢元素的各种同位素从容器A 下方的小孔S ,无初速度飘入电势差为U 的加速电场.加速后垂直进入磁感强度为B 的匀强磁场中.氢的三种同位素最后打在照相底片D 上,形成a 、b 、c 三条“质谱线”.关于三种同位素进入磁场时速度的排列顺序,和a 、b 、c 三条“质谱线”的排列顺序,下列判断正确的是( ) A ．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氚、氘、氕

B ．进入磁场时速度从大到小排列的顺序是氘、氚、氕

C ．a 、b 、c 三条质谱线依次排列的顺序是氘、氚、氕 B

D ．a 、b 、c 三条质谱线依次排列的顺序是氚、氘、氕

变式2：

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，U

U

应小于多少？（结果用百分数表示，保留两位有效数字）。

变式2：

1.图1是测量带电粒子质量的仪器工作原理示意图。

设法使某有机化合物的气态分子导入图

中所示的容器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射入磁感应强度为B 的匀强磁场，方向垂直于磁场区的界面PQ 。最后，分子离子打到感光片上，形成垂直于纸面而且平行于狭缝s 3的细线。若测得细线到狭缝s 3的距离为d

（1）导出分子离子的质量m 的表达式。

（2）根据分子离子的质量数M 可用推测有机化合物的结构简式。若某种含C 、H 和卤素的化合物的M 为48，写出其结构简式。

（3）现有某种含C 、H 和卤素的化合物，测得两个M 值，分别为64和66。试说明原因，并写出它们的结构简式。

在推测有机化合物的结构时，可能用到的含量较多的同位素的质量数如下表：

【点拨解疑】（1）为测定分子离子的质量，该装置用已知的电场和磁场控制其运动，实际的运动现象应能反映分子离子的质量。这里先是电场的加速作用，后是磁场的偏转作用，分别讨论这两个运动应能得到答案。

以m 、q 表示离子的质量电量，以v 表示离子从狭缝s 2射出时的速度，由功能关系可得

qU mv =22

1

① 射入磁场后，在洛仑兹力作用下做圆周运动，由牛顿定律可得

R

v m qvB 2

= ②

式中R 为圆的半径。感光片上的细黑线到s 3缝的距离 d ＝2R ③ 解得

U

d qB m 82

2= ④

（2）CH 3CH 2F

（3）从M的数值判断该化合物不可能含Br而只可能含Cl，又因为Cl存在两个含量较多的同位素，即35Cl和37Cl，所以测得题设含C、H和卤素的某有机化合物有两个M值，其对应的分子结构简式为CH3CH235Cl M＝64；CH3CH237Cl M＝66