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解答题 适中0.65 引用2 组卷283
图甲是离子注入系统，它是一种对半导体进行掺杂的方法，可以改变半导体材料的成分和性质。图乙是它的简化示意图，由离子源、加速器、质量分析器、磁偏转室和注入靶组成。初速度近似为0的正离子从离子源飘入加速器，加速后的成为高能离子，离子沿质量分析器的中轴线运动并从F点射出，然后垂直磁偏转室的边界从P点进入，离子在磁偏转室中速度方向偏转90°后垂直边界从Q点射出，最后垂直打到注入靶上。已知质量分析器的C、D两极板电势差为U，板间距离为d；磁偏转室的圆心为O，O与P之间的距离为L，内部匀强磁场的磁感应强度为B；正离子的质量为m、电荷量为q，不考虑离子的重力及离子间的相互作用。
（1）求加速器A、B两极板的电势差；
（2）质量分析器内磁场的磁感应强度B1。
21-22高二下·陕西渭南·期末
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知识点：基于速度选择器的质谱仪 答案解析 【答案】很抱歉，登录后才可免费查看答案和解析！
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现代科技可以利用电场、磁场对带电粒子的作用来控制其运动轨迹，让其到达所需的位置。如图所示是此种仪器的简化示意图，离子源可以源源不断的产生初速度可忽略不计的正离子，从A板的小孔飘入加速器AB间的加速电场，加速后进入分析器CD间，分析器内有垂直纸面向外的匀强磁场以及水平方向的匀强电场，粒子恰好能沿中轴线从F点射出，然后垂直磁偏转室上边界从P点进入磁场，经磁场偏转后能垂直打到竖直放置的标靶上。已知分析器的C、D两极板间电压为U，板间距离为d；磁偏区域为圆心角为90°的扇形，O为圆心，，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里；正离子的质量为m、电荷量为q，不考虑离子的重力及离子间的相互作用，求：
（1）离子从加速器AB飞出时的速度v的大小；
（2）加速器AB两极板间电压U′的大小；
（3）分析器CD间的磁感应强度的大小．
有一种质谱仪由静电分析器和磁分析器组成，其简化原理如图所示。左侧静电分析器中有方向指向圆心O、与O点等距离各点的场强大小相同的径向电场，右侧的磁分析器中分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行，两者间距近似为零。离子源发出两种速度均为、电荷量均为q、质量分别为m和的正离子束，从M点垂直该点电场方向进入静电分析器。在静电分析器中，质量为m的离子沿半径为的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，从N点水平射出，而质量为的离子恰好从连线的中点P与水平方向成角射出，从静电分析器射出的这两束离子垂直磁场方向射入磁分析器中，最后打在放置于磁分析器左边界的探测板上，其中质量为m的离子打在O点正下方的Q点。已知，，N、P两点间的电势差，，不计重力和离子间相互作用。
（1）求静电分析器中半径为处的电场强度和磁分析器中的磁感应强度B的大小；
（2）求质量为的离子到达探测板上的位置与O点的距离l（用表示）；
（3）若磁感应强度在到之间波动，两束离子在探测板上重合的长度有多长。
质谱仪是分离和检测不同同位素的仪器，由静电分析器和磁分析器等组成的质谱仪如图所示。左侧静电分析器中有方向指向圆心O、与O点等距离处各点的场强大小相等的径向电场。右侧的磁分析器中分布着方向垂直于纸面向外、磁感应强度为B的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界平行，两边界间距近似为零。从离子源射出的速度很小（可认为是零）。质量为m、电荷量为q的离子经加速电场加速后以速度v从M点射入静电分析器，沿半径为r0的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动，从N点水平射出进入磁分析器，最后打在竖直放置于磁分析器左边界的探测板上Q点（Q点未标出），不计离子重力和离子间的相互作用。
（1）求加速电场的电压和静电分析器中径向电场的电场强度大小；
（2）计算探测板上Q点到O点的距离和离子从M点到Q点的运动时间；
（3）若两种质量分别为m1和m2的同位素离子分别以速度v1和v2从N点射入右侧的磁分析器中，求两种离子打在探测板上的位置到N点的距离之比。

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