Question

【題目】近年來，京津冀地區(qū)加大了對大氣污染治理工作的力度，空氣質(zhì)量進(jìn)一步好轉(zhuǎn)，2018年北京地區(qū)空氣質(zhì)量為優(yōu)良的天數(shù)達(dá)到了227天．空氣中的污染顆�？捎蔑w行時(shí)間質(zhì)譜儀來研究．質(zhì)譜儀通過測量帶電粒子的飛行時(shí)間，可以得到粒子的比荷，從而進(jìn)一步研究污染顆粒的特性．

某種型號的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)簡圖如圖所示：主要由脈沖閥，激光器，、兩平行極板間的加速電場，、間的無場漂移區(qū)（該區(qū)域不存在電場）以及緊鄰無場漂移區(qū)的探測器組成，探測器可以接收和觀察帶電粒子．板上的小孔與板上小孔的連線垂直于、兩板．已知、兩板間距為、電壓為；、間的無場漂移區(qū)的長度為．

測量時(shí)，儀器內(nèi)部處于真空狀態(tài)，脈沖閥釋放微量氣體，經(jīng)激光照射，氣體微粒成為帶電粒子，帶電粒子從板上的小孔進(jìn)入電場，從板上小孔射出，沿方向進(jìn)入無場漂移區(qū)，然后到達(dá)探測器．忽略帶電粒子進(jìn)入板時(shí)的速度，不計(jì)粒子所受重力和粒子間的相互作用．

（1）試定性描述從小孔到達(dá)探測器的過程中，帶電粒子的速度變化情況；

（2）若某帶電粒子從小孔到達(dá)探測器的總飛行時(shí)間為，求該粒子的比荷；

（3）增大帶電粒子在質(zhì)譜儀中的飛行時(shí)間，可以提高測量粒子比荷的準(zhǔn)確程度．為了提高測量的準(zhǔn)確程度，在、兩板間電壓不變的情況下，請根據(jù)儀器的工作原理，提出一個(gè)改進(jìn)儀器結(jié)構(gòu)的合理設(shè)想．

Answer 1

【答案】(1)先勻加速后勻速 （2） （3）增大或增大

【解析】

（1）從到，帶電粒子做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，速度隨時(shí)間均勻增大，到達(dá)時(shí)的速度最大；從到探測器，帶電粒子做勻速直線運(yùn)動(dòng)，速度保持不變。

（2）設(shè)粒子到達(dá)時(shí)的速度為，根據(jù)動(dòng)能定理則

粒子在、板間飛行的時(shí)間

粒子在、板間飛行的時(shí)間

粒子總的飛行時(shí)間

解得

（3）根據(jù)帶電粒子在質(zhì)譜儀中的飛行時(shí)間

增大或增大，可以增大帶電粒子在質(zhì)譜儀中的飛行時(shí)間，以提高測量粒子比荷的準(zhǔn)確程度。