某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示,A为粒子加速器,加速电压U1=5×103V;B为速度选择器,磁场与电磁正交,磁感应强度为B1=0.1T,两板间距离为d=5cm;C为偏转分离器,磁感应强度为B2=0.5T。今有一质量为m=1.0×10-25kg、电荷量为q=1.6×10-18C的正粒子(不计重力),经加速后,该粒子恰能通过速度选择器,粒子进入分离器后做匀速圆周运动。求:
(1)粒子经过加速器后的速度v为多大?
(2)速度选择器两板间电压U2为多大?
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大?
(1)粒子经过加速器后的速度v为多大?
(2)速度选择器两板间电压U2为多大?
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大?
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更新时间:2022-06-24 10:23:13
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【知识点】 基于速度选择器的质谱仪
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【推荐1】如图所示为质谱仪的工作原理示意图,它由速度选择器和有边界的偏转磁场构成.速度选择器由两块水平放置的金属极板构成,两金属极板间的距离为d,上极板与电源正极相连,下极板与电源负极相连;板间匀强磁场的磁感应强度为B1,方向垂直纸面向里.偏转磁场为匀强磁场,磁感应强度的大小为B2,方向垂直纸面向外.当两金属极板间的电势差为U时,一束带电粒子从狭缝O1射入,沿水平方向通过速度选择器,从磁场边界上的O2点垂直磁场方向射入偏转磁场,经历半个圆周打在照相底片上的A点,测得O2和A点之间的距离为L.粒子所受重力及粒子间的相互作用均可忽略.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2019/1/16/2120057587785728/2122833435344896/STEM/7bf0a61c-635d-43a6-88cf-a14e9f31c834.png?resizew=236)
(1)求金属极板间的电场强度大小E;
(2)求带电粒子从速度选择器射出时的速度大小v;
(3)另一束不同的带电粒子,也从狭缝O1射入,保持其他条件不变,粒子最终仍能打在照相底片上的A点.比较这两束粒子,说明它们具有哪些共同特征,并阐述理由.
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(1)求金属极板间的电场强度大小E;
(2)求带电粒子从速度选择器射出时的速度大小v;
(3)另一束不同的带电粒子,也从狭缝O1射入,保持其他条件不变,粒子最终仍能打在照相底片上的A点.比较这两束粒子,说明它们具有哪些共同特征,并阐述理由.
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【推荐2】质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具。图中的铅盒A中的放射源释放出大量的带正电粒子,其中部分粒子能沿竖直方向通过离子速度选择器,从小孔G垂直于MN射入偏转磁场。已知速度选择器中匀强磁场的磁感应强度大小为B1,匀强电场的电场强度为E;偏转磁场是以直线MN为切线、半径为R的圆形边界匀强磁场,磁感应强度大小为B2,方向垂直于纸面向外。现在MN上 的F点(图中未画出)接收到粒子,且GF=
R。粒子的重力忽略不计,求:
(1)该粒子的比荷
;
(2)该粒子从小孔G到达F点所用的时间t。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a7ffe8515ff6183c1c7775dc6f94bdb8.png)
(1)该粒子的比荷
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9da659de03afffb155aaa89e6d1f7e70.png)
(2)该粒子从小孔G到达F点所用的时间t。
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【推荐3】质谱仪是由离子室、加速电场、速度选择器和分离器四部分组成的。已知速度选择器的两极板间的匀强电场的电场强度大小为E,匀强磁场的磁感应强度大小为B1、方向垂直纸面向里,分离器中匀强磁场的磁感应强度大小为B2,方向垂直纸面向外。离子室内充有大量氢的同位素氕
H、氘
H、氚
H,它们以不同的速度经加速电场加速后,从速度选择器两极板间的中点O平行于极板进入,部分粒子沿直线通过小孔O′后进入分离器的偏转磁场中,最后在底片上形成了对应于氕
H、氘
H、氚
H三种离子的三个感光点P1、P2、P3,测得P1到O′点的距离为d。不计离子所受的重力及它们之间的相互作用。求:
(1)打在P1处的离子的比荷
;
(2)P2与P3两点间的距离d′。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/58afa61f4973bf1432c7dd7d2232a734.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/fa8bfd772b182db981f8a5efaf32a2b5.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f1d5793cbb1690c3e39799815513feb5.png)
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(1)打在P1处的离子的比荷
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(2)P2与P3两点间的距离d′。
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