Question

飞行时间质谱仪可对气体分子进行分析。如图所示，在真空状态下，脉冲阀P喷出微量气体，经激光照射产生电荷量为q、质量为m的正离子，自a板小孔进入a、b间的加速电场，从b板小孔射出，沿中线方向进入M、N板间的偏转控制区，到达探测器。已知a、b板间距为d，极板M、N的长度和间距均为L。不计离子重力及进入a板时的初速度。

（1）当a、b间的电压为U₁，在M、N间加上适当的电压U₂，使离子到达探测器。求离子到达探测器的全部飞行时间。

（2）为保证离子不打在极板上，试求U₂与U₁的关系。

 

Answer 1

【答案】

 

【解析】本题考查了对质谱仪工作原理的理解应用，离子在加速电场中运动时，电场力做正功qU，根据动能定理求出速度v．粒子进入磁场后做曲线运动，根据牛顿第二定律求解．

（1）由动能定理：         （2分）

离子在a、b间的加速度            （2分）

在a、b间运动的时间      （2分）

在MN间运动的时间：      （2分）

离子达到探测器的时间：

                   （2分）

（2）在MN间侧移         （2分）

由，得                           （2分）

思路拓展：质谱仪是电场和磁场知识在科技中的应用．利用质谱仪可以测定带电粒子的质量、比荷、分析同位素．