我国自行设计研制的热核聚变全超导托卡马克实验装置再次创造了该类实验装置运行的世界新纪录。此装置在运行过程中,需要将加速到较高速度的离子束转变成中性粒子束,而其中还未被中性化的高速带电离子则需通过过滤装置过滤出来并剥离。所用到的过滤装置工作原理简图如图所示,混合粒子束先通过加有一定电压的两极板之间区域后,再进入极板下方的偏转磁场中,此过程中中性粒子仍会沿原方向运动并被接收器接收;而带电离子中的一部分则会先在两极板间的电场作用下发生偏转,一部分直接打在下极板,另一部分则会在穿过板间电场后进入其下方的匀强磁场
区域,进一步发生磁偏转并打在吞噬板上,从而剥离吸收。已知这些带电离子电荷量为
(
),质量为m,两极板间距为d,所加电压为U,极板长度为2d,粒子束中所有粒子所受重力均可忽略不计,不考虑粒子间的相互作用。
(1)要使初速度为
的离子能沿平行于极板的直线经过电场区域,需在极板间再施加一垂直于纸面的匀强磁场,求其磁感应强度
的大小和方向;
(2)若带电离子以初速度
沿直线通过极板区域后,进入下方垂直纸面向外的匀强偏转磁场
区域。当磁感应强度
时,要使离子能全部被吞噬板吞噬,求吞噬板所需的最小长度
;
(3)若粒子束中带电粒子为初速度
,且撤去了两极板间的磁场
,则有部分带电离子会通过两极板间的偏转电场进入偏转磁场,已知磁场的磁感应强度
大小可调,且分布范围足够宽广,吞噬板
并紧靠左极板水平放置。若要保证进入偏转磁场的带电粒子最终都能被吞噬板吞噬,求磁感应强度
大小的取值范围。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/43a71fc9c0068109dad1382354570665.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9aa8a716a31b0f51b70fdf9bdb257909.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f71acdb04454c77e1e25ad4f336cccfe.png)
(1)要使初速度为
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/4e6d8a67549d5e040ed9a95737d0c5fb.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/97c01fdc7bc471af0b264a04aef0823e.png)
(2)若带电离子以初速度
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/f44c235d8b49207ad3f2d77dc5d6cf20.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/43a71fc9c0068109dad1382354570665.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a667f89a98375f533403e8a0a7332faf.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0f85fca60a11e1af2bf50138d0e3fe62.png)
(3)若粒子束中带电粒子为初速度
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/ce02e12cc3ecf919ab451616d159c661.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/97c01fdc7bc471af0b264a04aef0823e.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/43a71fc9c0068109dad1382354570665.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/bb00e7002ea543e8642af5765f097c98.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/43a71fc9c0068109dad1382354570665.png)
更新时间:2023-04-17 10:09:46
|
相似题推荐
解答题
|
较难
(0.4)
名校
【推荐1】图为某种质谱仪的结构的截面示意图,该种质谱仪由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。其中静电分析器由两个相互绝缘且同心的四分之一圆柱面的金属电极
和
构成,
点是圆柱面电极的圆心。静电分析器中的电场的等势面在该截面图中是一系列以
为圆心的同心圆弧,图中虚线A是半径为r的等势线。
和
分别为静电分析器两端为带电粒子进出所留的狭缝。磁分析器中有以
为圆心、半径为2d的四分之一圆弧的区域,该区域有垂直于截面的匀强磁场,磁场左边界与静电分析器的右边界平行,
为磁分析器上为带电粒子进入所留的狭缝。离子源不断地发出正离子束,正离子束中包含电荷量均为
、质量分别为
的两种同位素离子。离子束从离子源发出的初速度可忽略不计,经电压为U的加速电场加速后,全部从狭缝
沿垂直于
的方向进入静电分析器。进入静电分析器后,同位素离子沿等势线A运动并从狭缝
射出静电分析器,而后由狭缝
沿垂直于
的方向进入磁场中。质量为
的同位素离子偏转后从磁场下边界中点
沿垂直于
的方向射出,而质量为
的同位素离子偏转后从磁场下边界的点
射出,其中
。忽略离子的重力、离子之间的相互作用、离子对场的影响和场的边缘效应。求:
(1)静电分析器中等势线A上各点的电场强度E的大小;
(2)两种同位素离子的质量之比
;
(3)两种同位素离子在磁场中的运动时间之比
。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e029cc1f7d07eeb136bd3946a7eb23e3.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/32410867843f1a7ef11410da8f3f8dab.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/23f919bd3dde10dbbc076f7ec5149699.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/23f919bd3dde10dbbc076f7ec5149699.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e097c8d4c948de063796bd19f85b3a9a.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1e0bd63f55069a3bc870915010b39225.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/3c4f6f74444b2b7947fc6e35c8d62322.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/2708fa6298e52f617383efc175b71ddc.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9aa8a716a31b0f51b70fdf9bdb257909.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/4f1f6480ec7503a06c6fa3a2b555f6fc.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e097c8d4c948de063796bd19f85b3a9a.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d3da42eaa3634c89462406384449e86c.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1e0bd63f55069a3bc870915010b39225.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/2708fa6298e52f617383efc175b71ddc.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/dbce92e5bd369f1a44d110098eec7b7c.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/77ab1256702aef4e9f1a5eb6c12ecc96.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9b9cb8e6ff801523b0304576cd69fd2d.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/8816e65d523675eddd519bb6ade1b58f.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/1fbd67f60f04c278bdd867fdb3979dfb.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/797e67927616b141ed7c6b83f8b6f4fb.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/dfd29aa3d6460270c49649313cc4ca2a.png)
(1)静电分析器中等势线A上各点的电场强度E的大小;
(2)两种同位素离子的质量之比
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/fde564e752a31b79b6b963fbef3018c7.png)
(3)两种同位素离子在磁场中的运动时间之比
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/81fcdf79017af4b369886d03aaddea27.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2020/2/3/2391064711487488/2391202947391488/STEM/a6fab4c3-c016-48fd-8ffd-ca6cb76204cb.png?resizew=407)
您最近一年使用:0次
解答题
|
较难
(0.4)
名校
【推荐2】如图所示,
轴上方存在方向沿
轴负方向的匀强电场,
轴下方存在方向垂直纸面向外的匀强磁场
,离子源处于
轴上
点
发出两种速度均为
的带正电荷离子a和b.离子a、b分别沿x轴正方向和y轴负方向发射,离子a经过x轴上
点
进入磁场,最后打在放置于x轴负半轴的探测板上M点(图中未标出),离子b经过原点O进入磁场,最后打在放置于x轴负半轴的探测板上N点(图中未标出).已知离子a比荷为
,离子b比荷为
(离子重力不计).
(1)求匀强电场强度E的大小;
(2)求离子a、b最后分别打在探测板上M和N点的坐标;
(3)若磁感应强度在
到
之间波动,要在探测板上完全分辨出a、b两束离子,求
的最大值.
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/81dea63b8ce3e51adf66cf7b9982a248.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d053b14c8588eee2acbbe44fc37a6886.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/81dea63b8ce3e51adf66cf7b9982a248.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/961f828458258cfded2387310d782cb0.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d053b14c8588eee2acbbe44fc37a6886.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/dad2a36927223bd70f426ba06aea4b45.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/3fc42cf28700a6da84ffc6e43078378d.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/6f58888df91890a19a1aa7511d19703f.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/acc290b44635265137fdf13146b6a6d9.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/31a78c60989072c0e3c9df20b43afb47.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/a0e26aabe98d072eb9636dbd056121da.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e4785b33916229ba70a41d7428666123.png)
(1)求匀强电场强度E的大小;
(2)求离子a、b最后分别打在探测板上M和N点的坐标;
(3)若磁感应强度在
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/529f17dec1bf08d6b9973b89df62afb1.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d0aefa05878aaac5d8c51847f5ba8032.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/7b538f545b3ed8aa7ad1078dfddfe910.png)
您最近一年使用:0次
解答题
|
较难
(0.4)
名校
【推荐3】如图为质谱仪的示意图。已知速度选择器两极板间的匀强电场场强为E,磁感应强度为B1,分离器中磁感应强度为B2。大量某种离子,经电场加速后从O平行于极板沿极板中间进入,部分离子通过小孔O′后垂直边界进入偏转磁场中,在底片上形成了宽度为x的感光区域,测得感光区域的中心P到O′点的距离为D。不计离子的重力、离子间的相互作用、小孔O′的孔径。
(1) 已知打在P点的离子,在速度选择器中沿直线运动,求该离子的速度v0和比荷
;
(2) 若进入分离器的速度略有变化,求击中感光区域内离子的速度范围;
(3) 已知以v=v0±Δv的速度从O点射入的离子,其在速度选择器中所做的运动为一个速度为v0的匀速直线运动和另一个速度为Δv的匀速圆周运动的合运动,试求该速度选择器极板的最小长度L和最小宽度d。
(1) 已知打在P点的离子,在速度选择器中沿直线运动,求该离子的速度v0和比荷
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9da659de03afffb155aaa89e6d1f7e70.png)
(2) 若进入分离器的速度略有变化,求击中感光区域内离子的速度范围;
(3) 已知以v=v0±Δv的速度从O点射入的离子,其在速度选择器中所做的运动为一个速度为v0的匀速直线运动和另一个速度为Δv的匀速圆周运动的合运动,试求该速度选择器极板的最小长度L和最小宽度d。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/5/29/dd753722-70ef-43e8-a6f8-9c91086d5079.png?resizew=262)
您最近一年使用:0次
解答题
|
较难
(0.4)
名校
【推荐1】如图所示,在XOY平面内,X轴上方有一沿Y轴方向的匀强电场,电场强度为E,X轴的下方是磁感应强度为B的匀强磁场,方向垂直纸面向里,磁场中有一内、外径分别为R、 的半圆环形区域,外圆与X轴交于原点O和P点,在Y轴上的M点静止释放一质量为m、电量为q的带电粒子,带电粒子由原点进入磁场,从P点射出,粒子重力不计。
(1) 带电粒子带何种电荷?求M点到原点O的距离L;
(2)求带电粒子从静止释放运动到P点所用的时间t;
(3)若粒子在第二象限某位置水平射出,并从O点进入磁场,P点射出,粒子从O到P的过程中,始终在环形区域中运动,且所用的时间最少,求粒子射出点的坐标。
您最近一年使用:0次
解答题
|
较难
(0.4)
名校
【推荐2】如图甲所示,某多级直线加速器由横截面相同的金属圆板和4个金属圆筒依次排列组成,圆筒的两底面中心开有小孔,其中心轴线在同一直线上,相邻金属圆筒分别接在周期性交变电压的两端。粒子从圆板中心沿轴线无初速度进入加速器,在间隙中被电场加速(穿过间隙的时间忽略不计),在圆筒内做匀速直线运动。若粒子在筒内运动时间恰好等于交变电压周期的一半,这样粒子就能“踏准节奏”在间隙处一直被加速。粒子离开加速器后,从O点垂直直线边界OP进入匀强磁场区域I,OP距离为a,区域I的PO、PQ两直线边界垂直。区域I的上边界PQ与匀强磁场区域Ⅱ的下直线边界MN平行,其间距L可调。两区域的匀强磁场方向均垂直纸面向里,磁感应强度大小
。现有质子(
)和氘核(
)两种粒子先后通过此加速器加速,加速质子的交变电压如图乙所示,图中
、
已知。已知质子的电荷量为
、质量为
,不计一切阻力,忽略磁场的边缘效应。求:
(1)金属圆筒2与金属圆筒4的长度之比
;
(2)加速氘核时,交变电压周期仍为
,则需要将图乙中交变电压
调至多少;加速后,氘核在匀强磁场中做匀速圆周运动的轨道半径多大;
(3)为使上述先后通过此加速器的质子与氘核在匀强磁场Ⅱ中的运动轨迹无交点,两磁场间距
的取值范围。
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/e959a17bd7685fad53d2d43b4bdffa11.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/d6dfba66c3ac82cfe157b028ed6089ab.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/3fcf2c53cf47e473eccca3e21f648c17.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/dbe5cb81b72e94f92d2aaecd553daac2.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0b68df477b3ee45ac0f725db00d465a1.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/9aa8a716a31b0f51b70fdf9bdb257909.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/294f5ba74cdf695fc9a8a8e52f421328.png)
(1)金属圆筒2与金属圆筒4的长度之比
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/bb00ff77ef4660166b3c992aa53d9da4.png)
(2)加速氘核时,交变电压周期仍为
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0b68df477b3ee45ac0f725db00d465a1.png)
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/dbe5cb81b72e94f92d2aaecd553daac2.png)
(3)为使上述先后通过此加速器的质子与氘核在匀强磁场Ⅱ中的运动轨迹无交点,两磁场间距
![](https://staticzujuan.xkw.com/quesimg/Upload/formula/0c88d9142df6ba8e43c1a93bd04a1362.png)
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2022/5/13/2978752492535808/2979835043684352/STEM/a12faa50-967d-4efa-a80e-396f18c8efa5.png?resizew=638)
您最近一年使用:0次