Để xác định các chất trong một mẫu, người… – Đáp án Câu 2 Phần II, Vật lí 2025

Câu 2.

Để xác định các chất trong một mẫu, người ta dùng một máy được gọi là máy quang phổ khối (khối phổ kế, hình bên). Khi cho mẫu vào máy này, hạt có khối lượng $m$ bị ion hóa sẽ mang điện tích $q$ . Sau đó, hạt được tăng tốc đến tốc độ $v$ nhờ hiệu điện thế $U$ . Tiếp theo, hạt sẽ chuyển động vào vùng từ trường theo phương vuông góc với cảm ứng từ $\vec{B}$ . Lực từ tác dụng lên hạt có độ lớn $F = Bv|q|$ , có phương vuông góc với cảm ứng từ $\vec{B}$ và với vận tốc $\vec{v}$ của hạt. Bán kính quỹ đạo tròn của hạt trong vùng có từ trường là $r$ . Dựa trên tỉ số $\dfrac{|q|}{m}$ , có thể xác định được các chất trong mẫu.

Sơ đồ máy quang phổ khối: mẫu được ion hóa, tăng tốc qua hiệu điện thế U, rồi đi vào ống cong đặt trong nam châm điện, có hút chân không

a)
Tốc độ của hạt bị thay đổi do tác dụng của từ trường trong máy.
Sai
b)
Bỏ qua tốc độ ban đầu của hạt. Sau khi được tăng tốc bởi hiệu điện thế $U$ , tốc độ của hạt là $v = \sqrt{\dfrac{2|q|U}{m}}$ .
Đúng
c)
Tỉ số giữa độ lớn điện tích và khối lượng của hạt là $\dfrac{|q|}{m} = \dfrac{2U}{Br^2}$ .
Sai
d)
Biết $U = 3{,}00$ kV; $B = 3{,}00$ T; $1\ \text{amu} = 1{,}66.10^{-27}$ kg; $|e| = 1{,}60.10^{-19}$ C. Bán kính quỹ đạo của ion âm $^{35}\text{Cl}^-$ trong vùng có trường là $r = 0{,}0156$ m.
Đúng

Lời giải

a) Sai: lực từ luôn vuông góc với vận tốc nên không sinh công; động năng và tốc độ của hạt không đổi, từ trường chỉ làm đổi hướng chuyển động.

b) Đúng: công của điện trường biến thành động năng: $|q|U = \dfrac{1}{2}mv^2 \Rightarrow v = \sqrt{\dfrac{2|q|U}{m}}$ .

c) Sai: lực từ đóng vai trò lực hướng tâm:

Bv|q| = \dfrac{mv^2}{r} \Rightarrow v = \dfrac{|q|Br}{m}

Thay vào $v^2 = \dfrac{2|q|U}{m}$ được

\dfrac{|q|}{m} = \dfrac{2U}{B^2r^2}

không phải $\dfrac{2U}{Br^2}$ .

d) Đúng: $r = \dfrac{1}{B}\sqrt{\dfrac{2mU}{|q|}}$ với $m = 35 \cdot 1{,}66.10^{-27} = 5{,}81.10^{-26}$ kg:

\begin{aligned} r &= \dfrac{1}{3{,}00}\sqrt{\dfrac{2 \cdot 5{,}81.10^{-26} \cdot 3{,}00.10^3}{1{,}60.10^{-19}}} \\ &\approx 0{,}0156\ \text{m} \end{aligned}

Câu 2 Phần II · Đề tham khảo Vật lí 2025 (Bộ GD&ĐT)