(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。
高三物理计算题困难题
质谱仪可以测定有机化合物分子结构,现有一种质谱仪的结构可简化为如图所示,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。若离子化后的离子带正电,初速度为零,此后经过高压电源区、圆形磁场室(内为匀强磁场)、真空管,最后打在记录仪上,通过处理就可以得到离子比荷()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。则下列说法正确的是
A. 高压电源A端应接电源的正极
B. 磁场室的磁场方向必须垂直纸面向里
C. 若离子化后的两同位素X1、X2(X1质量大于X2质量)同时进入磁场室后,出现图中的轨迹Ⅰ和Ⅱ,则轨迹Ⅰ一定对应X1
D. 若磁场室内的磁感应强度大小为B,当记录仪接收到一个明显的信号时,与该信号对应的离子比荷为
高三物理单选题中等难度题查看答案及解析
(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。
高三物理计算题困难题查看答案及解析
(16分)质谱仪可以测定有机化合物分子结构,其结构如图所示.有机物分子从样品室注入“离子化”室,在高能电子作用下,样品分子离子化或碎裂成离子(如C2H6离子化后得到C2H6+、CH4+等).若这些离子均带一个单位的正电荷e,且初速度为零.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.已知高压电源的电压为U,圆形磁场区的半径为R,真空管与水平线夹角为θ,离子沿半径方向飞入磁场室,且只有沿真空细管轴线进入的离子才能被记录仪记录.
(1)请说明高压电源.A、B两端哪端电势高?磁场室的磁场方向垂直纸面向里还是向外?
(2)试通过计算判断C2H6+和C2H2+离子进入磁场室后,哪种离子的轨道半径较大;
(3)调节磁场室磁场的大小,在记录仪上可得到不同的离子,当磁感应强度调至B0时,记录仪上得到的是H+,求记录仪上得到CH4+时的磁感应强度B.(已知CH4+质量为H+的16倍)
高三物理计算题困难题查看答案及解析
(16分)质谱仪可以测定有机化合物分子结构,其结构如图所示.有机物分子从样品室注入“离子化”室,在高能电子作用下,样品分子离子化或碎裂成离子(如C2H6离子化后得到C2H6+、CH4+等).若这些离子均带一个单位的正电荷e,且初速度为零.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.已知高压电源的电压为U,圆形磁场区的半径为R,真空管与水平线夹角为θ,离子沿半径方向飞入磁场室,且只有沿真空细管轴线进入的离子才能被记录仪记录.
(1)请说明高压电源.A、B两端哪端电势高?磁场室的磁场方向垂直纸面向里还是向外?
(2)试通过计算判断C2H6+和C2H2+离子进入磁场室后,哪种离子的轨道半径较大;
(3)调节磁场室磁场的大小,在记录仪上可得到不同的离子,当磁感应强度调至B0时,记录仪上得到的是H+,求记录仪上得到CH4+时的磁感应强度B.(已知CH4+质量为H+的16倍)
高三物理计算题困难题查看答案及解析
高三物理解答题中等难度题查看答案及解析
质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具,某实验小组利用质谱仪分析某气体原子的组成,让该中性气体分子进入电离室A,在那里被电离成电子和+1价的正离子,这些离子从电离室缝S1飘出(初速度不计),分2次分别进入电场方向相反的加速电场被加速,然后让离子从缝S2垂直进入匀强磁场,观察发现一部分粒子打在底片上的P点。已知缝S2与P之间的距离为x1=2.0cm,另外一部分粒子打在底片上的Q点,已知缝S2与Q点间在沿S2P方向上距离为x2=6.4cm,磁场宽度为d=30cm,质子的质量为mp,假设中子的质量mn=mp,且约为电子质量me的1800倍,即mn=mp=1800me.则:
(1)正离子质量与电子质量之比;
(2)试确定这种气体原子核内核子数。
高三物理解答题中等难度题查看答案及解析
高三物理解答题中等难度题查看答案及解析
高三物理解答题中等难度题查看答案及解析
飞行时间质谱仪可以根据带电粒子的飞行时间对气体分子进行分析。如图所示,在真空状态下,自脉冲阀P喷出微量气体,经激光照射产生不同正离子,自a板小孔进入a、b间的加速电场,从b板小孔射出,沿中线方向进入M、N板间的方形区域,然后到达紧靠在其右侧的探测器。已知极板a、b间的电压为U0,间距为d,极板MN的长度和间距均为l。不计离子重力及经过a板时的初速度。
(1)若M、N板间无电场和磁场,请推导出离子从a板到探测器的飞行时间,与比荷k=q/m,q和m分别为离子的电荷量和质量)的关系式;
(2)若在M、N间只加上偏转电压U1,请论证说明不同正离子的轨迹是否重合;
(3)若在M、N间只加上垂直于纸面的匀强磁场。已知进入a、b间的正离子有一价和二价的两种,质量均为m,元电荷为e。要使所有正离子均能通过方形区域从右侧飞出,求所加磁场的磁感应强度的最大值Bm。
高三物理计算题简单题查看答案及解析
高三物理解答题中等难度题查看答案及解析