Question

13．某种质谱仪的工作原理示意图如图所示，此质谱仪由以下几部分构成：粒子源S；M、N为加速电场；速度选择器P、Q，其间是正交的匀强磁场和匀强电场，强度分别为B₁和E，磁场方向垂直于纸面向里；磁感应强度为B₂、方向垂直纸面向外的有界匀强磁场；核乳胶片．由粒子源发出的初速度不计的不同带电粒子α粒子、β粒子、质子、正电子、氘核和氚核中的几种，经加速电场加速（不同粒子经过加速电场时，其电场强度不一样），经过速度选择器，进入有界匀强磁场B₂，最终打在核乳胶片上，形成a、b、c三条质谱线．则粒子源发出的粒子可能有（　　）

• A． α粒子、β粒子、质子
• B． α粒子、质子、氘核和氚核
• C． α粒子、质子、氘核
• D． α粒子、正电子、质子和氚核

Answer 1

分析 先根据在磁场B₂的偏转情况，判断电性，排除不符合的粒子；
再根据速度选择器的原理，利用牛顿第二定律推导出在磁场中做圆周运动的半径公式，找出形成3条质谱线的条件，再去判断即可．

解答 解：A、从三条质谱线来看，粒子均向下偏转，由左手定则可知粒子带正电，如果带负电，将向上偏转做圆周运动，所以粒子源发出的粒子不可能有β粒子（即电子），A错误；
根据速度选择器的工作原理可知，射入磁场B₂的粒子均满足qvB₁=qE，即速度均为v=$\frac{E}{{B}_{1}}$，在磁场B₂中，洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力，由牛顿第二定律有
$qv{B}_{2}=m\frac{{v}^{2}}{R}$
解得R=$\frac{mv}{q{B}_{2}}$，速度v和磁感应强度B₂相同，形成a、b、c三条质谱线，说明每一组粒子有三个不同的质荷比$\frac{m}{q}$，只要符合这个条件都是可能的
B、α粒子、质子、氘核和氚核的质荷比$\frac{m}{q}$为：2：1：2：3，符合条件，B正确；
C、α粒子、质子、氘核的质荷比$\frac{m}{q}$为：2：1：2，只有2条质谱线，不符合条件，C错误；
D、α粒子、正电子、质子和氚核的质荷比$\frac{m}{q}$为：2：1：1：3，符合条件，D正确；
故选：BD．

点评 本题难度较大，综合性较强，解答本题的前提是掌握α粒子、β粒子、质子、正电子、氘核和氚核它们的带电量和质量，再根据速度选择器的原理，以及粒子在磁场中做圆周运动的半径公式去判断．