蒋霖峰 陆建隆

(1. 南京市金陵中学,江苏 南京 210005; 2. 南京师范大学教师教育学院,江苏 南京 210097)

1 质谱仪原理及基于质谱仪模型的高考计算题概述

质谱仪作为高能物理中的重要测量仪器拥有多元的发展史,其本源可追溯至汤姆逊1910年发明的抛物线质谱仪[1](见图1):带电粒子经过平直的电场和磁场运动时发生偏转,导致质量相同电荷量不同的粒子在屏幕上刻画出不同的轨迹,但由于粒子束没有聚焦,导致分辨率较低．在汤姆逊之后,人们为了追求更高的分辨率和量程,不断推陈出新,种类繁多的质谱仪应运而生,现代质谱仪大致可分为:单聚焦质谱仪、双聚焦质谱仪、四极杆质谱仪和飞行质谱仪[1]．江苏卷对质谱仪模型的考查一般以单聚焦质谱仪(贝恩布里奇质谱仪)为背景(见图2),其特点是让带电粒子束进入磁场前经过速度聚焦,速度不满足条件的粒子不能通过速度选择器和准直管(图中G点),通过准直管的粒子在磁场中由自身比荷大小决定圆周运动的半径,从而最后落在底片上的不同位置,分辨率相较于抛物线质谱仪有很大程度的提高．

图2 贝恩布里奇质谱仪原理图

纵览1978年到2017年的40份高考物理江苏卷(2004年以前为全国卷或教育部单为江苏命的卷,2004年以后则为江苏省独立命题)发现,1980年首次以计算题的形式考查质谱仪的相关原理,随后在1983、2004、2007、2015、2017五个年份以质谱仪为模型,考查学生的基本概念掌握情况、分析综合与推理等能力的发展水……