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:48 题号:22809833
如图所示为质谱仪的原理图,某同学欲使用该装置测量某带正电粒子的比荷。粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后,进入速度选择器,选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,磁感应强度大小为,磁场方向如图,匀强电场的场强为E。带电粒子能够沿直线穿过速度选择器,从G点既垂直直线MN又垂直于磁场的方向射入偏转磁场。偏转磁场是一个以直线MN为边界、方向垂直纸面向外的匀强磁场。带电粒子经偏转磁场后,最终到达照相底片的H点。已知偏转磁场的磁感应强度为,带电粒子的重力可忽略不计。
(1)为保证粒子在速度选择器中做直线运动,需要速度选择器哪个极板与电源正极相连。
(2)射入偏转磁场粒子的速度为多少?(用题目所给物理量字母表示)。
(3)为了测定粒子比荷,除了题目所给物理量,还需测量哪些物理量?

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解答题 | 适中 (0.65)
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【推荐1】如图所示为用质谱仪测定带电粒子比荷的装置示意图。它是由离子室、加速电场、速度选择器和分离器四部分组成。已知速度选择器的两极板间的匀强电场场强为E,匀强磁场磁感应强度为,方向垂直纸面向里。分离器中匀强磁场磁感应强度为,方向垂直纸面向外。某次实验离子室内充有大量氢的同位素离子,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,部分粒子通过小孔后进入分离器的偏转磁场中,在底片上形成了对应于氕、氘、氚三种离子的三个有一定宽度的感光区域,测得第一片感光区域的中心P点的距离为。不计离子的重力、不计离子间的相互作用,不计小孔的孔径。
(1)打在感光区域中心P点的离子,在速度选择器中沿直线运动,试求该离子的速度和比荷
(2)以的速度从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的匀速直线运动和另一个速度为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
2021-04-15更新 | 822次组卷
解答题 | 适中 (0.65)
名校
【推荐2】如图所示的装置为一种新型质谱仪的理论模型图,该装置由加速电场区(A、B板间),直线运动区(C、D板间)和偏转区(圆形磁场区域)组成。其中平行板A、B间的加速电压为,平行板C、D间距为d,其间匀强磁场的磁感应强度垂直于纸面向外,圆形匀强磁场区域的半径为R,磁感应强度大小为,方向垂直于纸面向里。与圆形磁场具有相同圆心的圆形感光弧面左端开有小孔,该小孔与AB板上的小孔在同一直线上。现有一原子的原子核由A、B板加速后,沿C、D板的中央直线到达圆形磁场区,经磁场偏转后通过打到感光弧面上的位置可以知道粒子的偏转角度θ,不计粒子重力。
(1)如果原子核的比荷为,求该原子核经加速电场加速后的速度大小;
(2)如果原子核的比荷为,求C、D板间的电势差
(3)求比荷k与粒子偏转角度θ之间的关系(用θ的三角函数表示)。

   

2024-01-13更新 | 436次组卷
解答题 | 适中 (0.65)
【推荐3】如图所示的质谱仪由粒子室、加速电场、速度选择器和匀强的偏转磁场四部分组成。加速电场的加速电压为U,速度选择器两极板间的距离为d,电势差为,磁感应强度(未知)。粒子室内充有大量,粒子从狭缝飘入加速电场的初速度不计,经加速电场加速后从狭缝垂直于电场及磁场进入速度选择器中,沿直线通过速度选择器,从O点垂直于偏转磁场的边界射入偏转磁场,从距O点正下方距离的位置、与磁场边界成θ角进入偏转磁场,偏转磁场磁感应强度大小为B。在偏转磁场边界处放置两个粒子收集装置(图中未画出),收集两种粒子。不计粒子的重力及粒子间的相互作用力,设质子和中子的质量均为m,质子的电荷量为e。求:
(1)速度选择器中磁场的磁感应强度大小
(2)两粒子收集装置间的距离x
   
2023-12-08更新 | 281次组卷
共计 平均难度:一般