Question

【題目】(16分)質(zhì)譜儀可以測(cè)定有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)如圖所示．有機(jī)物分子從樣品室注入“離子化”室，在高能電子作用下，樣品分子離子化或碎裂成離子(如C2H6離子化后得到C2H6+、CH4+等)．若這些離子均帶一個(gè)單位的正電荷e，且初速度為零．此后經(jīng)過高壓電源區(qū)、圓形磁場(chǎng)室、真空管，最后在記錄儀上得到離子．已知高壓電源的電壓為U，圓形磁場(chǎng)區(qū)的半徑為R，真空管與水平線夾角為θ，離子沿半徑方向飛入磁場(chǎng)室，且只有沿真空細(xì)管軸線進(jìn)入的離子才能被記錄儀記錄．

(1)請(qǐng)說明高壓電源．A、B兩端哪端電勢(shì)高?磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向垂直紙面向里還是向外?

(2)試通過計(jì)算判斷C2H6+和C2H2+離子進(jìn)入磁場(chǎng)室后，哪種離子的軌道半徑較大；

(3)調(diào)節(jié)磁場(chǎng)室磁場(chǎng)的大小，在記錄儀上可得到不同的離子，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度調(diào)至B0時(shí)，記錄儀上得到的是H+，求記錄儀上得到CH4+時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B.(已知CH4+質(zhì)量為H+的16倍)

Answer 1

【答案】（1）高壓電源B端電勢(shì)高，磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向應(yīng)是垂直紙面向外；（2）離子C2H6+的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑大．（3）記錄儀上得到的是CH4+時(shí)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B=4B0．

【解析】

試題分析：（1）因?yàn)殡姾伤�受的電�?chǎng)力方向向右，高壓電源A端應(yīng)接負(fù)極，B接正極，B端電勢(shì)高，根據(jù)左手定則知，磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向應(yīng)是垂直紙面向外．

（2）設(shè)離子通過高壓電源后的速度為v，

由動(dòng)能定理可得：，

離子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，由牛頓第二定律得：，聯(lián)立解得：．

由此可見，質(zhì)量大的離子C2H6+的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑大．

（3）粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，作出軌跡如下圖：

由幾何關(guān)系得：，

由（2）可知：，解得：，則B=4B0；