Question

13．某種質(zhì)譜儀的工作原理示意圖如圖所示，此質(zhì)譜儀由以下幾部分構(gòu)成：粒子源S；M、N為加速電場；速度選擇器P、Q，其間是正交的勻強磁場和勻強電場，強度分別為B₁和E，磁場方向垂直于紙面向里；磁感應(yīng)強度為B₂、方向垂直紙面向外的有界勻強磁場；核乳膠片．由粒子源發(fā)出的初速度不計的不同帶電粒子α粒子、β粒子、質(zhì)子、正電子、氘核和氚核中的幾種，經(jīng)加速電場加速（不同粒子經(jīng)過加速電場時，其電場強度不一樣），經(jīng)過速度選擇器，進入有界勻強磁場B₂，最終打在核乳膠片上，形成a、b、c三條質(zhì)譜線．則粒子源發(fā)出的粒子可能有（　�。�

• A． α粒子、β粒子、質(zhì)子
• B． α粒子、質(zhì)子、氘核和氚核
• C． α粒子、質(zhì)子、氘核
• D． α粒子、正電子、質(zhì)子和氚核

Answer 1

分析 先根據(jù)在磁場B₂的偏轉(zhuǎn)情況，判斷電性，排除不符合的粒子；
再根據(jù)速度選擇器的原理，利用牛頓第二定律推導(dǎo)出在磁場中做圓周運動的半徑公式，找出形成3條質(zhì)譜線的條件，再去判斷即可．

解答 解：A、從三條質(zhì)譜線來看，粒子均向下偏轉(zhuǎn)，由左手定則可知粒子帶正電，如果帶負(fù)電，將向上偏轉(zhuǎn)做圓周運動，所以粒子源發(fā)出的粒子不可能有β粒子（即電子），A錯誤；
根據(jù)速度選擇器的工作原理可知，射入磁場B₂的粒子均滿足qvB₁=qE，即速度均為v=$\frac{E}{{B}_{1}}$，在磁場B₂中，洛倫茲力提供粒子做圓周運動的向心力，由牛頓第二定律有
$qv{B}_{2}=m\frac{{v}^{2}}{R}$
解得R=$\frac{mv}{q{B}_{2}}$，速度v和磁感應(yīng)強度B₂相同，形成a、b、c三條質(zhì)譜線，說明每一組粒子有三個不同的質(zhì)荷比$\frac{m}{q}$，只要符合這個條件都是可能的
B、α粒子、質(zhì)子、氘核和氚核的質(zhì)荷比$\frac{m}{q}$為：2：1：2：3，符合條件，B正確；
C、α粒子、質(zhì)子、氘核的質(zhì)荷比$\frac{m}{q}$為：2：1：2，只有2條質(zhì)譜線，不符合條件，C錯誤；
D、α粒子、正電子、質(zhì)子和氚核的質(zhì)荷比$\frac{m}{q}$為：2：1：1：3，符合條件，D正確；
故選：BD．

點評 本題難度較大，綜合性較強，解答本題的前提是掌握α粒子、β粒子、質(zhì)子、正電子、氘核和氚核它們的帶電量和質(zhì)量，再根據(jù)速度選擇器的原理，以及粒子在磁場中做圓周運動的半徑公式去判斷．