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 > 基于加速电场的质谱仪
题型:解答题 难度:0.65 引用次数:309 题号:21533049
如图所示,两平行金属板间距为d,电势差为U,板间电场可视为匀强电场;金属板下方有一磁感应强度为B的匀强磁场。电荷量为、质量为m的粒子,由静止开始从正极板出发,经电场加速后射出,并进入磁场做匀速圆周运动。忽略重力的影响,求:
(1)粒子从电场射出时速度v的大小;
(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径R
(3)粒子在磁场中运动的时间t

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【推荐1】如图所示为一种质谱仪示意图,由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。已知静电分析器通道的半径为R,均匀辐射电场的场强为E。磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B。忽略重力的影响。问:
(1)为了使位于A处电荷量为q、质量为m的离子,从静止开始经加速电场加速后沿图中圆弧虚线通过静电分析器,加速电场的电压U应为多大?
(2)离子由P点进入磁分析器后,最终打在感光胶片上的Q点,该点距入射点P多远?
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【推荐2】图为“双聚焦分析器”质谱仪的结构示意图,其中,加速电场的电压为U,静电分析器中与圆心O1等距离的各点场强大小相等、方向沿径向,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的匀强磁场,其左边界与静电分析器的右端面平行。由离子源发出的一质量为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点垂直于电场方向进入静电分析器,沿半径为R的四分之一圆弧轨迹做匀速圆周运动,从N点射出,接着由P点垂直磁分析器的左边界射入,最后垂直于下边界从Q点射出并进入收集器。已知Q点与圆心O2的距离为d。求:
(1) 磁分析器中磁场的磁感应强度B的大小和方向;
(2) 静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小;
(3) 现将离子换成质量为0.9m、电荷量仍为q的另一种正离子,其它条件不变。试直接指出该离子进入磁分析器时的位置,它射出磁场的位置在Q点的左侧还是右侧?
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【推荐3】图示是一种质谱仪的原理图,离子源(在狭缝S₁上方,图中未画出)产生的带电粒子(不计重力)经狭缝S₁与S₂之间的电场加速后,进入P₁和P₂两板间相互垂直的匀强电场和匀强磁场区域。沿直线通过狭缝S₃后垂直进入另一匀强磁场区域,在洛伦兹力的作用下带电粒子打到底片上形成一细条纹。已知离子源产生的粒子初速度为零、比荷S₂之间的加速电压U₁,P₁和P₂两金属板间距离d,两板间匀强磁场的磁感应强度B₁,照相底片上的条纹到狭缝S₃的距离L。求∶
(1)判断粒子的电荷属性;
(2)粒子经加速电场加速后的速度
(3)P₁和P₂两金属板间匀强电场的电压
(4)经S₃垂直进入的匀强磁场的磁感应强度
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