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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(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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(已下线)1.4质谱仪与回旋加速器 课堂例题
更新时间:2024-06-02 13:55:00
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【知识点】 基于速度选择器的质谱仪
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解答题
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适中
(0.65)
名校
【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到
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。
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(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
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(2)以
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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A、B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)。
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(1)如果原子核的比荷为
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(2)如果原子核的比荷为
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(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)。
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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
和
,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。
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(1)速度选择器中磁场的磁感应强度大小
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(2)两粒子收集装置间的距离x。
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