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图为“双聚焦分析器”质谱仪的结构示意图,其中,加速电场的电压为,静电分析器中与圆心等距离的各点场强大小相等、方向沿径向,磁分析器中以为圆心、圆心角为90°的扇形区域内,分布着方向垂直于纸面的匀强磁场,其左边界与静电分析器的右端面平行。由离子源发出的一质量为、电荷量为的正离子(初速度为零,重力不计)经加速电场加速后,从点从垂直于电场方向进入静电分析器,沿半径为的四分之一圆弧轨迹做匀速圆周运动,从点射出,接着由点垂直磁分析器的左边界射入,最后垂直于下边界从点射出并进入收集器。已知点与圆心的距离为。求:

(1)磁分析器中磁场的磁感应强度的大小和方向;

(2)静电分析器中离子运动轨迹处电场强度的大小;

(3)现将离子换成质量为、电荷量仍为的另一种正离子,其它条件不变。试分析指出该离子进入磁分析器时的位置,它射出磁场的位置在点的左侧还是右侧?

答案

(1),磁场方向垂直于纸面向外

(2)

(3)左侧


解析:

(1)离于在加速电场中加速,设进人静电分析器的速度为v,根据动能定理

                                                      ①      (2分)

离子射出静电分析器的速度仍为v,在磁分析器中.离于在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动.设轨道半径为r,根据牛顿定律

                                                       ②      (2分)

依题意知r=d                                                     ③      (2分)

由①、②、③式解得                                   ④       (2分)

由左手定则得,磁场方向垂直于纸面向外                                     (2分)

(2)在静电分析器中,离于在电场力作用下做匀速圆周运动.根据牛顿定律

                                                        ⑤       (2分)

由①、⑤式解得                                             ⑥      (2分)

(3)该离子仍由P点垂直于磁场左边界进入磁分析器                          (2分)

该离子射出磁场的位置在Q点的左侧                                         (2分)

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