Question

（22分）质谱仪可以测定有机化合物分子结构，质谱仪的结构如图1所示。有机物的气体分子从样品室注入“离子化”室，在高能电子作用下，样品气体分子离子化或碎裂成离子（如C2H6离子化后得到C2H6+、C2H2+、CH4+等）。若离子化后的离子均带一个单位的正电荷e，初速度为零，此后经过高压电源区、圆形磁场室，真空管，最后在记录仪上得到离子，通过处理就可以得到离子质荷比(m/e)，进而推测有机物的分子结构。已知高压电源的电压为U，圆形磁场区的半径为R，真空管与水平面夹角为θ，离子进入磁场室时速度方向指向圆心。

（1）请说明高压电源A端应接“正极”还是“负极”，磁场室的磁场方向“垂直纸面向里”还是“垂直纸面向外”；

（2）C2H6+和C2H2+离子同时进入磁场室后，出现了轨迹I和II，试判定它们各自对应的轨迹，并说明原因；

（3）若磁感应强度为B时，记录仪接收到一个明显信号，求与该信号对应的离子质荷比(m/e)；

（4）调节磁场室磁场的大小，在记录仪上可得到不同的离子。设离子的质荷比为β，磁感应强度大小为B，为研究方便可作B-β关系图线。当磁感应强度调至B0时，记录仪上得到的是H+，若H+的质荷比为β0，其B-β关系图线如图2所示，请作出记录仪上得到了CH4+时的B-β的关系图线。

Answer 1

（1）高压电源A端应接“负极”，磁场室的磁场方向应是垂直纸面向外；（2）对应的轨迹是轨迹Ⅱ；对应的轨迹是轨迹Ⅰ；（3）；（4）如图所示。

【解析】

试题分析：（1）高压电源A端应接“负极” 2分

磁场室的磁场方向应是垂直纸面向外 2分

（2）设离子通过高压电源后的速度为v，由动能定理可得

2分

离子在磁场中偏转

2分

联立解得

由此可见，质量大的离子的运动轨迹半径大 2分

对应的轨迹是轨迹Ⅱ；对应的轨迹是轨迹Ⅰ 2分

（给出正确的结论，没有过程的给2分）

（3）粒子在磁场中偏转，由几何关系

可得 4分

由（2）代入可得

2分

（4）由上题结论知

得

对H+有

对有

故此可得CH4+时的B-β的关系图线如下图所示（做出正确图线即给4分）

考点：带电粒子在匀强磁场中的运动。