Question

（14分）飛行時間質(zhì)譜儀可對氣體分子進行分析。如圖所示，在真空狀態(tài)下，脈沖閥P噴出微量氣體，經(jīng)激光照射產(chǎn)生電荷量為q、質(zhì)量為m的正離子，自a板小孔進入a、b間的加速電場，從b板小孔射出，沿中線方向進入M、N板間的偏轉(zhuǎn)控制區(qū)，到達探測器。已知a、b板間距為d，極板M、N的長度和間距均為L。不計離子重力及進入a板時的初速度。

   （1）當a、b間的電壓為U₁，在M、N間加上適當?shù)碾妷篣₂，使離子到達探測器。求離

 

子到達探測器的全部飛行時間。

（2）為保證離子不打在極板上，試求U₂與U₁的關(guān)系。

 

Answer 1

【答案】

（1）（2）

【解析】（1）由動能定理：         （4分）

離子在a、b間的加速度            （2分）

在a、b間運動的時間      （2分）

在MN間運動的時間：      （2分）

離子達到探測器的時間：

                   （3分）

（2）在MN間側(cè)移         （3分）

由，得                           （2分）

本題考查帶電粒子在電場中的偏轉(zhuǎn)，首先根據(jù)動能定理求得電場力對粒子做的功，由qE=ma，E=U/d可求得加速度表達式，粒子t1時刻的速度即可求出，在MN間粒子做類平拋運動，根據(jù)水平方向勻速直線運動可求得運動時間