Question

【題目】(16分)質譜儀可以測定有機化合物分子結構，其結構如圖所示．有機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單位的正電荷e，且初速度為零．此后經過高壓電源區、圓形磁場室、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，圓形磁場區的半徑為R，真空管與水平線夾角為θ，離子沿半徑方向飛入磁場室，且只有沿真空細管軸線進入的離子才能被記錄儀記錄．

(1)請說明高壓電源．A、B兩端哪端電勢高?磁場室的磁場方向垂直紙面向里還是向外?

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

(3)調節磁場室磁場的大小，在記錄儀上可得到不同的離子，當磁感應強度調至B0時，記錄儀上得到的是H+，求記錄儀上得到CH4+時的磁感應強度B.(已知CH4+質量為H+的16倍)

Answer 1

【答案】（1）高壓電源B端電勢高，磁場室的磁場方向應是垂直紙面向外；（2）離子C2H6+的運動軌跡半徑大．（3）記錄儀上得到的是CH4+時的磁感應強度B=4B0．

【解析】

試題分析：（1）因為電荷所受的電場力方向向右，高壓電源A端應接負極，B接正極，B端電勢高，根據左手定則知，磁場室的磁場方向應是垂直紙面向外．

（2）設離子通過高壓電源后的速度為v，

由動能定理可得：，

離子在磁場中偏轉，由牛頓第二定律得：，聯立解得：．

由此可見，質量大的離子C2H6+的運動軌跡半徑大．

（3）粒子在磁場中偏轉，作出軌跡如下圖：

由幾何關系得：，

由（2）可知：，解得：，則B=4B0；