组卷网 > 高中物理综合库 > 电磁学 > 磁场 > 带电粒子在复合场中的运动 > 质谱仪 > 基于速度选择器的质谱仪
题型:解答题 难度:0.65 引用次数:528 题号:14911273
质谱仪是一种分离和检测同位素的重要工具,其结构原理如图所示。区域Ⅰ为粒子加速器,加速电压为:区域Ⅱ为速度选择器,磁感应强度大小为,方向垂直纸面向里,电场方向水平向左,板间距离为d;区域Ⅲ为偏转分离器,磁感应强度大小为,方向垂直纸面向里,一质量为m,电荷量为的粒子,初速度为零,经粒子加速器加速后,恰能沿直线通过速度选择器,由O点沿垂直于边界的方向进入分离器后打在上的P点,空气阻力,粒子重力及粒子间相互作用力均忽略不计。
(1)求粒子进入速度选择器时的速度大小v
(2)求速度选择器两极板间的电压
(3)19世纪末,阿斯顿设计的质谱仪只由区域Ⅰ粒子加速器和区域Ⅲ偏转分离器构成,在实验中发现了氖22和氖20两种同位素粒子(两种粒子电荷量相同,质量不同),他们分别打在上相距为的两点。为便于观测。的数值大一些为宜,不计粒子从区域Ⅰ的上极板飘入时的初速度,请通过计算分析为了便于观测应采取哪些措施。
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【推荐1】2023年6月9日在杭州举行中国质谱学术大会。某种带有速度选择器的质谱仪如图所示,一个带正电的粒子从狭缝进入速度选择器做直线运动,经狭缝后垂直MN进入偏转磁场,最后打在荧光屏上的H点。已知速度选择器两板间的电压为U,间距为d,板间磁场的磁感应强度大小为,方向垂直纸面向外;偏转磁场的磁感应强度大小为,方向垂直纸面向外。已知H两点间的距离为x,粒子重力忽略不计,求
(1)带电粒子离开速度选择器时的速度大小v
(2)带电粒子的比荷
      
2023-07-13更新 | 241次组卷
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【推荐2】如图所示,静止于P处的带正电粒子,经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器,从O点垂直竖直xOy平面向上进入边长为L的立方体有界匀强磁场区域,立方体底面ABCD位于xOy平面内,初始磁场B0(未知)方向沿y轴负方向(图中未画出),EFGH平面是一个荧光显示屏,当粒子打到荧光屏上某一点时,该点能够发光,静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场,方向如图1所示.已知加速电场的电压为U,圆弧虚线的半径为R,粒子质量为m,电荷量为q,粒子重力不计。
(1)求粒子在辐向电场中运动时其所在处的电场强度E的大小;
(2)若粒子恰好能打在棱EH的中点M点,求初始匀强磁场的磁感应强度B0的大小;
(3)若分别在x方向与y方向施加如图2所示随时间周期性变化的正交磁场,沿坐标轴正方向的磁感应强度取正,不计粒子间的相互作用,粒子在磁场中运动时间远小于磁场变化的周期,不考虑磁场变化产生的电场对粒子的影响。
①试确定时刻射入的粒子打在荧光屏上的亮斑N点坐标位置(结果用xy二维坐标加以表示);
②试确定一个周期内粒子在荧光屏上留下的光斑轨迹形状,并写出在轨迹方程(用xy坐标表示)。
2021-12-31更新 | 535次组卷
解答题 | 适中 (0.65)
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【推荐3】某一质谱仪原理如图所示,A为粒子加速器,粒子由静止加速后以速度v进入B;B为速度选择器,磁场(图中未标出)与电场正交,速度选择器两板间电压为,两板间距离为d;C为偏转分离器,磁感应强度为。今有一质量为m、电荷量为e的正粒子(不计重力),经加速后,该粒子恰能沿直线通过速度选择器,粒子进入分离器后做匀速圆周运动。求:
(1)加速器的加速电压
(2)磁感应强度的大小和方向;
(3)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R

2023-04-11更新 | 949次组卷
共计 平均难度:一般