如圖所示，是一種磁偏轉式質譜儀的原理簡圖，主要由三部分組成：離子源（含加速電場）、磁偏轉器和接收系統。利用該裝...
問題詳情：
如圖所示，是一種磁偏轉式質譜儀的原理簡圖，主要由三部分組成：離子源（含加速電場）、磁偏轉器和接收系統。利用該裝置可以較好地識別同位素。
現有質量由小到大的X、Y、Z三種離子，電荷量均為q。在離子源中，三種離子不斷飄進（初速度可忽略不計）電壓為U的加速電場，經加速後進入磁偏轉器，在磁偏轉器中離子分成三束（如圖所示）。磁偏轉器主要是一段彎成半徑為R的細管，該細管處在電磁鐵的兩極之間，電磁鐵的磁極呈扇形（圖中未畫出），細管所在處的磁場可視為勻強磁場，磁感應強度大小為B，方向垂直紙面向外。若其中一種離子恰能沿細管做勻速圓周運動，從狹縫*出後進入接收系統，而另外兩種離子分別打在細管的上壁和下壁。不計離子的重力及它們之間的相互作用力。
（1）現測得離子通過接收系統的狹縫所形成的電流為I，求每秒鐘接收到該離子的數目N；
（2）求被接收系統接收的離子質量m；並分析説明接收系統接收的是哪一種離子；
（3）若想利用該裝置依次收集另外兩種離子，在不改變細管半徑R的條件下，請分析説明有哪些可行方案（至少説出兩種）。
【回答】
解：（1）根據電流的定義式有：
即每秒鐘接收到的總電荷量Q=I
則每秒鐘接收到該離子的數目
（3分）
（2）設離子以速度v進入勻強磁場，
離子在加速過程中有：
①
離子在磁場中做圓周運動，有： 
②
聯立①②式可得： 
③
由③式可得
，由於三種離子的電荷量q相同，B與U也相同，所以，
。由於mX< mY<mZ，所以RX< RY<RZ，因為只有一種離子恰能在細管中做圓周運動並沿狹縫*出，而另外兩種分別打到細管的上壁和下壁，可知進入接收系統的是Y離子。 （3分）
（3）由③式可知，利用該裝置若想依次收集另外兩種離子，在不改變細管半徑的條件下，可以採取以下兩種方案：
方案一：若保持加速電壓U不變，則可以通過改變電磁鐵所產生的磁感應強度來實現，適當增加磁感應強度B可以收集Z離子，反之，可以收集X離子；
方案二：若保持磁感應強度B不變，則可以通過改變加速電壓來實現，適當提高加速電壓U可以收集X離子，反之，可以收集Z離子。 （3分）
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