Question

（22分）質(zhì)譜儀可以測定有機化合物分子結構，質(zhì)譜儀的結構如圖1所示。有機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單位的正電荷e，初速度為零，此后經(jīng)過高壓電源區(qū)、圓形磁場室，真空管，最后在記錄儀上得到離子，通過處理就可以得到離子質(zhì)荷比(m/e)，進而推測有機物的分子結構。已知高壓電源的電壓為U，圓形磁場區(qū)的半徑為R，真空管與水平面夾角為θ，離子進入磁場室時速度方向指向圓心。

（1）請說明高壓電源A端應接“正極”還是“負極”，磁場室的磁場方向“垂直紙面向里”還是“垂直紙面向外”；

（2）C2H6+和C2H2+離子同時進入磁場室后，出現(xiàn)了軌跡I和II，試判定它們各自對應的軌跡，并說明原因；

（3）若磁感應強度為B時，記錄儀接收到一個明顯信號，求與該信號對應的離子質(zhì)荷比(m/e)；

（4）調(diào)節(jié)磁場室磁場的大小，在記錄儀上可得到不同的離子。設離子的質(zhì)荷比為β，磁感應強度大小為B，為研究方便可作B-β關系圖線。當磁感應強度調(diào)至B0時，記錄儀上得到的是H+，若H+的質(zhì)荷比為β0，其B-β關系圖線如圖2所示，請作出記錄儀上得到了CH4+時的B-β的關系圖線。

Answer 1

（1）高壓電源A端應接“負極”，磁場室的磁場方向應是垂直紙面向外；（2）對應的軌跡是軌跡Ⅱ；對應的軌跡是軌跡Ⅰ；（3）；（4）如圖所示。

【解析】

試題分析：（1）高壓電源A端應接“負極” 2分

磁場室的磁場方向應是垂直紙面向外 2分

（2）設離子通過高壓電源后的速度為v，由動能定理可得

2分

離子在磁場中偏轉(zhuǎn)

2分

聯(lián)立解得

由此可見，質(zhì)量大的離子的運動軌跡半徑大 2分

對應的軌跡是軌跡Ⅱ；對應的軌跡是軌跡Ⅰ 2分

（給出正確的結論，沒有過程的給2分）

（3）粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)，由幾何關系

可得 4分

由（2）代入可得

2分

（4）由上題結論知

得

對H+有

對有

故此可得CH4+時的B-β的關系圖線如下圖所示（做出正確圖線即給4分）

考點：帶電粒子在勻強磁場中的運動。