精英家教网 > 高中物理 > 题目详情
有一种“双聚焦分析器”质谱仪,工作原理如图所示.加速电场的电压为U,静电分析器中有辐向会聚电场,即与圆心O1等距各点的电场强度大小相同,方向沿径向指向圆心O1;磁分析器中以O2为圆心、圆心角为90°的扇形区域内,分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场,其左边界与静电分析器的右边界平行.由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子(初速度为零,重力不计),经加速电场加速后,从M点沿垂直于该点的电场方向进入静电分析器,在静电分析器中,离子沿半径为R的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动,并从N点射出静电分析器.而后离子由P点沿着既垂直于磁分析器的左边界,又垂直于磁场方向射入磁分析器中,最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q点射出,并进入收集器.测量出Q点与圆心O2的距离为d,位于Q点正下方的收集器入口离Q点的距离为
d
2
.(题中的U、m、q、R、d都为已知量)
(1)求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小;
(2)求磁分析器中磁感应强度B的大小;
(3)现将离子换成质量为4m,电荷量仍为q的另一种正离子,其它条件不变.磁分析器空间足够大,离子不会从圆弧边界射出,收集器的位置可以沿水平方向左右移动,要使此时射出磁分析器的离子仍能进入收集器,求收集器水平移动的距离.
(1)设离子进入静电分析器时的速度为v,离子在加速电场中加速的过程中,
由动能定理得:qU=
1
2
mv2

离子在静电分析器中做匀速圆周运动,
根据牛顿第二定律有:qE=
mv2
R

联立两式,解得:E=
2U
R

(2)离子在磁分析器中做匀速圆周运动,
由牛顿第二定律有:qvB=
mv2
r

由题意可知,圆周运动的轨道半径为:r=d
故解得:B=
1
d
2mU
q
,由左手定则判断得,磁场方向垂直纸面向外.
(3)另一正离子经电场加速后的速度v′=
v
2

可得磁场中运动的半径:r′=2d
故水平向右移动的距离为:
3
d+
d
2
cot60°-d
=(
7
3
6
-1
)d
答:(1)静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小为
2U
R
;(2)磁分析器中磁感应强度B的大小为
1
d
2mU
q
;(3)收集器水平移动的距离为(
7
3
6
-1
)d.
练习册系列答案
相关习题

科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题


(1)粒子进入磁场B2时的速度v;
(2)打在a、b两点的粒子的质量之差△m。

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源:不详 题型:多选题

如图所示,正方形区域ABCD内存在方向垂直纸面向里的匀强磁场,三个完全相同的带电粒子a、b、c分别以大小不同的初速度va、vb、vc从A点沿图示方向射入该磁场区域,经磁场偏转后粒子a、b、c分别从BC边中点、CD边中点、AD边中点射出.若ta、tb、tc分别表示粒子a、b、c在磁场中的运动时间.则以下判断正确的是(  )
A.va<vb<vcB.vc<vb<vaC.ta<tb<tcD.ta=tb<tc

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源:不详 题型:单选题

一束粒子流由左端平行于极板P1射入质谱仪,沿着直线通过电磁场复合区后,并从狭缝S0进入匀强磁场B2,在磁场B2中分为如图所示的三束,则下列相关说法中正确的是(  )
A.速度选择器的P1极板带负电
B.粒子1带正电
C.能通过狭缝S0的带电粒子的速率等于
E
B1
D.粒子2的比荷
q
m
的绝对值最大

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,一带电粒子以某一速度在竖直平面内做直线运动,经过一段时间后进入一垂直于纸面向里、磁感应强度为B的圆形匀强磁场(图中未画出磁场区域),粒子飞出磁场后垂直电场方向进入宽为L的匀强电场,电场强度大小为E,方向竖直向上.当粒子穿出电场时速度大小变为原来的
2
倍,已知带电粒子的质量为m,电量为q,重力不计.粒子进入磁场时的速度如图所示与水平方向60°角.试解答:
(1)粒子带什么性质的电?
(2)带电粒子在磁场中运动时速度多大?
(3)圆形磁场区域的最小面积为多大?

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图1所示的装置是由加速器、电场偏转器和磁场偏转器构成.加速器两板a、b间加图2所示变化电压uab,水平放置的电场偏转器两板间加恒定电压U0,极板长度为l,板间距离为d,磁场偏转器中分布着垂直纸面向里的左右有界、上下无界的匀强磁场B,磁场的宽度为D.许多质量为m、带电量为+q的粒子从静止开始,经过加速器加速后从与电场偏转器上板距离为
2d
3
的位置水平射入.已知:U0=1000V,B=
3
6
T,粒子的比荷
q
m
=8×107C/kg,粒子在加速器中运动时间远小于Uab的周期,粒子经电场偏转后沿竖直方向的位移为y,速度方向与水平方向的夹角为θ,y与tanθ的关系图象如图3所示.不考虑粒子受到的重力.
(1)求电场偏转器极板间距离d和极板长度l;
(2)为使从电场偏转器下极板边缘飞出的粒子不从磁场区域右侧飞出,求磁场宽度D的最小值,并求出该粒子在两个偏转器中运动的总时间;
(3)求哪些时刻进入加速器的粒子能够进入磁场区域.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源:不详 题型:多选题

如图,在半径为R的圆内,有一磁感应强度为B的向外的匀强磁场,一质量为m,电量为q的粒子(不计重力),从A点对着圆心方向垂直射入磁场,从C点飞出,则(  )
A.粒子的轨道半径为R
B.粒子的轨道半径为
3
R
C.粒子在磁场中运动的时间为
2πm
3Bq
D.粒子在磁场中运动的时间为
πm
3Bq

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源:不详 题型:问答题

如图所示,在y轴的右方有一匀强磁场,磁感强度为B,方向垂直纸面向外.在x轴的下方,有一匀强电场,场强为E,方向平行x轴向左.有一绝缘板放置有y轴处,且与纸面垂直.现在一质量为m,带电量为q的粒子由静止经过加速电压为U的电场加速,然后以垂直于绝缘板的方向从A处直线穿过绝缘板,而后从x轴的K处以与x车正向夹角为60°的方向进入电场和磁场迭加的区域,最后到达y轴上的C点.已知OD长为L,不计粒于重力,粒子穿过绝缘板后电量不变,求:
(1)粒子经过绝缘板时损失的动能;
(2)粒子到达C点时的速度大小.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 来源:不详 题型:填空题

在某匀强磁场中,有两个电子以不同的速率在做匀速圆周运动.它们受到的洛伦兹力方向______跟速度方向垂直(选填“一定”或“不一定”);它们受到的洛伦兹力大小一定______,做圆周运动的半径一定______,周期一定______(以上三空选填“相等”或“不相等”).

查看答案和解析>>

同步练习册答案
关 闭