Question

【題目】近年來，京津冀地區加大了對大氣污染治理工作的力度，空氣質量進一步好轉，2018年北京地區空氣質量為優良的天數達到了227天．空氣中的污染顆粒可用飛行時間質譜儀來研究．質譜儀通過測量帶電粒子的飛行時間，可以得到粒子的比荷，從而進一步研究污染顆粒的特性．

某種型號的飛行時間質譜儀結構簡圖如圖所示：主要由脈沖閥，激光器，、兩平行極板間的加速電場，、間的無場漂移區（該區域不存在電場）以及緊鄰無場漂移區的探測器組成，探測器可以接收和觀察帶電粒子．板上的小孔與板上小孔的連線垂直于、兩板．已知、兩板間距為、電壓為；、間的無場漂移區的長度為．

測量時，儀器內部處于真空狀態，脈沖閥釋放微量氣體，經激光照射，氣體微粒成為帶電粒子，帶電粒子從板上的小孔進入電場，從板上小孔射出，沿方向進入無場漂移區，然后到達探測器．忽略帶電粒子進入板時的速度，不計粒子所受重力和粒子間的相互作用．

（1）試定性描述從小孔到達探測器的過程中，帶電粒子的速度變化情況；

（2）若某帶電粒子從小孔到達探測器的總飛行時間為，求該粒子的比荷；

（3）增大帶電粒子在質譜儀中的飛行時間，可以提高測量粒子比荷的準確程度．為了提高測量的準確程度，在、兩板間電壓不變的情況下，請根據儀器的工作原理，提出一個改進儀器結構的合理設想．

Answer 1

【答案】(1)先勻加速后勻速 （2） （3）增大或增大

【解析】

（1）從到，帶電粒子做初速度為0的勻加速直線運動，速度隨時間均勻增大，到達時的速度最大；從到探測器，帶電粒子做勻速直線運動，速度保持不變。

（2）設粒子到達時的速度為，根據動能定理則

粒子在、板間飛行的時間

粒子在、板間飛行的時間

粒子總的飛行時間

解得

（3）根據帶電粒子在質譜儀中的飛行時間

增大或增大，可以增大帶電粒子在質譜儀中的飛行時間，以提高測量粒子比荷的準確程度。