Question

（22分）質(zhì)譜儀可以測(cè)定有機(jī)化合物分子結(jié)構(gòu)，質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)如圖1所示。有機(jī)物的氣體分子從樣品室注入“離子化”室，在高能電子作用下，樣品氣體分子離子化或碎裂成離子（如C2H6離子化后得到C2H6+、C2H2+、CH4+等）。若離子化后的離子均帶一個(gè)單位的正電荷e，初速度為零，此后經(jīng)過(guò)高壓電源區(qū)、圓形磁場(chǎng)室，真空管，最后在記錄儀上得到離子，通過(guò)處理就可以得到離子質(zhì)荷比(m/e)，進(jìn)而推測(cè)有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)。已知高壓電源的電壓為U，圓形磁場(chǎng)區(qū)的半徑為R，真空管與水平面夾角為θ，離子進(jìn)入磁場(chǎng)室時(shí)速度方向指向圓心。

（1）請(qǐng)說(shuō)明高壓電源A端應(yīng)接“正極”還是“負(fù)極”，磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向“垂直紙面向里”還是“垂直紙面向外”；

（2）C2H6+和C2H2+離子同時(shí)進(jìn)入磁場(chǎng)室后，出現(xiàn)了軌跡I和II，試判定它們各自對(duì)應(yīng)的軌跡，并說(shuō)明原因；

（3）若磁感應(yīng)強(qiáng)度為B時(shí)，記錄儀接收到一個(gè)明顯信號(hào)，求與該信號(hào)對(duì)應(yīng)的離子質(zhì)荷比(m/e)；

（4）調(diào)節(jié)磁場(chǎng)室磁場(chǎng)的大小，在記錄儀上可得到不同的離子。設(shè)離子的質(zhì)荷比為β，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B，為研究方便可作B-β關(guān)系圖線。當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度調(diào)至B0時(shí)，記錄儀上得到的是H+，若H+的質(zhì)荷比為β0，其B-β關(guān)系圖線如圖2所示，請(qǐng)作出記錄儀上得到了CH4+時(shí)的B-β的關(guān)系圖線。

Answer 1

（1）高壓電源A端應(yīng)接“負(fù)極”，磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向應(yīng)是垂直紙面向外；（2）對(duì)應(yīng)的軌跡是軌跡Ⅱ；對(duì)應(yīng)的軌跡是軌跡Ⅰ；（3）；（4）如圖所示。

【解析】

試題分析：（1）高壓電源A端應(yīng)接“負(fù)極” 2分

磁場(chǎng)室的磁場(chǎng)方向應(yīng)是垂直紙面向外 2分

（2）設(shè)離子通過(guò)高壓電源后的速度為v，由動(dòng)能定理可得

2分

離子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)

2分

聯(lián)立解得

由此可見(jiàn)，質(zhì)量大的離子的運(yùn)動(dòng)軌跡半徑大 2分

對(duì)應(yīng)的軌跡是軌跡Ⅱ；對(duì)應(yīng)的軌跡是軌跡Ⅰ 2分

（給出正確的結(jié)論，沒(méi)有過(guò)程的給2分）

（3）粒子在磁場(chǎng)中偏轉(zhuǎn)，由幾何關(guān)系

可得 4分

由（2）代入可得

2分

（4）由上題結(jié)論知

得

對(duì)H+有

對(duì)有

故此可得CH4+時(shí)的B-β的關(guān)系圖線如下圖所示（做出正確圖線即給4分）

考點(diǎn)：帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)。