1 . 在粒子物理学的研究中,经常用电场和磁场来控制或者改变粒子的运动.一粒子源产生离子束,已知离子质量为m,电荷量为+e 。不计离子重力以及离子间的相互作用力。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2016/1/28/1575815657660416/1575815658119168/STEM/5a7503c6-992c-41c5-9cef-ca503a5c2668.png?resizew=550)
(1)如图1所示为一速度选择器,两平行金属板水平放置,电场强度E与磁感应强度B相互垂直.让粒子源射出的离子沿平行于极板方向进入速度选择器,求能沿图中虚线路径通过速度选择器的离子的速度大小v。
(2)如图2所示为竖直放置的两平行金属板A、B,两板中间均开有小孔,两板之间的电压UAB随时间的变化规律如图3所示.假设从速度选择器出来的离子动能为Ek=100eV,让这些离子沿垂直极板方向进入两板之间.两极板距离很近,离子通过两板间的时间可以忽略不计.设每秒从速度选择器射出的离子数为N0 = 5×1015个,已知e =1.6×10-19C.从B板小孔飞出的离子束可等效为一电流,求从t = 0到t = 0.4s时间内,从B板小孔飞出的离子产生的平均电流I。
(3)接(1),若在图1中速度选择器的上极板中间开一小孔,如图4所示.将粒子源产生的离子束中速度为0的离子,从上极板小孔处释放,离子恰好能到达下极板。求离子到达下极板时的速度大小v,以及两极板间的距离d。
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(1)如图1所示为一速度选择器,两平行金属板水平放置,电场强度E与磁感应强度B相互垂直.让粒子源射出的离子沿平行于极板方向进入速度选择器,求能沿图中虚线路径通过速度选择器的离子的速度大小v。
(2)如图2所示为竖直放置的两平行金属板A、B,两板中间均开有小孔,两板之间的电压UAB随时间的变化规律如图3所示.假设从速度选择器出来的离子动能为Ek=100eV,让这些离子沿垂直极板方向进入两板之间.两极板距离很近,离子通过两板间的时间可以忽略不计.设每秒从速度选择器射出的离子数为N0 = 5×1015个,已知e =1.6×10-19C.从B板小孔飞出的离子束可等效为一电流,求从t = 0到t = 0.4s时间内,从B板小孔飞出的离子产生的平均电流I。
(3)接(1),若在图1中速度选择器的上极板中间开一小孔,如图4所示.将粒子源产生的离子束中速度为0的离子,从上极板小孔处释放,离子恰好能到达下极板。求离子到达下极板时的速度大小v,以及两极板间的距离d。
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名校
2 . 质谱仪是用来测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,如图所示,电容器两极板相距为d,两板间电压为U,极板间匀强磁场的磁感应强度为B1,方向垂直纸面向外.一束电荷电量相同、质量不同的带正电的粒子,沿电容器的中线平行于极板射入电容器,沿直线匀速穿过电容器后进入另一磁感应强度为B2的匀强磁场,磁场方向垂直纸面向外.结果分别打在感光片上的a、b两点,设a、b两点之间距离为△x,粒子所带电荷量为q,且不计重力,求:
(1)求粒子进入磁场B2时的速度v的大小.
(2)求打在a、b两点的粒子质量之差△m.
(3)比较这两种带电粒子在磁场B2中运动时间的大小关系,并说明理由.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/editorImg/2023/10/2/338217eb-5ec6-4681-ac2c-052a5dc9841b.png?resizew=202)
(1)求粒子进入磁场B2时的速度v的大小.
(2)求打在a、b两点的粒子质量之差△m.
(3)比较这两种带电粒子在磁场B2中运动时间的大小关系,并说明理由.
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2016-12-08更新
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721次组卷
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6卷引用:2015-2016学年江苏无锡四校高二上期期中考试物理卷
3 . 质谱仪可以测定有机化合物分子结构,质谱仪的结构如图1所示。有机物的气体分子从样品室注入“离子化”室,在高能电子作用下,样品气体分子离子化或碎裂成离子(如C2H6离子化后得到C2H6+、C2H2+、CH4+等)。若离子化后的离子均带一个单位的正电荷e,初速度为零,此后经过高压电源区、圆形磁场室,真空管,最后在记录仪上得到离子,通过处理就可以得到离子质荷比(m/e),进而推测有机物的分子结构。已知高压电源的电压为U,圆形磁场区的半径为R,真空管与水平面夹角为θ,离子进入磁场室时速度方向指向圆心。
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2015/4/9/1575743869788160/1575743896739840/STEM/5212da26-3b37-4a38-a6b9-e2466bb90e22.png?resizew=716)
(1)请说明高压电源A端应接“正极”还是“负极”,磁场室的磁场方向“垂直纸面向里”还是“垂直纸面向外”;
(2)C2H6+和C2H2+离子同时进入磁场室后,出现了轨迹I和II,试判定它们各自对应的轨迹,并说明原因;
(3)若磁感应强度为B时,记录仪接收到一个明显信号,求与该信号对应的离子质荷比(m/e);
(4)调节磁场室磁场的大小,在记录仪上可得到不同的离子。设离子的质荷比为β,磁感应强度大小为B,为研究方便可作B-β关系图线.当磁感应强度调至B0时,记录仪上得到的是H+,若H+的质荷比为β0,其B-β关系图线如图2所示,请作出记录仪上得到了CH4+时的B-β的关系图线.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2015/4/9/1575743869788160/1575743896739840/STEM/5212da26-3b37-4a38-a6b9-e2466bb90e22.png?resizew=716)
(1)请说明高压电源A端应接“正极”还是“负极”,磁场室的磁场方向“垂直纸面向里”还是“垂直纸面向外”;
(2)C2H6+和C2H2+离子同时进入磁场室后,出现了轨迹I和II,试判定它们各自对应的轨迹,并说明原因;
(3)若磁感应强度为B时,记录仪接收到一个明显信号,求与该信号对应的离子质荷比(m/e);
(4)调节磁场室磁场的大小,在记录仪上可得到不同的离子。设离子的质荷比为β,磁感应强度大小为B,为研究方便可作B-β关系图线.当磁感应强度调至B0时,记录仪上得到的是H+,若H+的质荷比为β0,其B-β关系图线如图2所示,请作出记录仪上得到了CH4+时的B-β的关系图线.
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真题
名校
4 . 对铀235的进一步研究在核能的开发和利用中具有重要意义.如图所示,质量为m、电荷量为q的铀235离子,从容器A下方的小孔S1不断飘入加速电场,其初速度可视为零,然后经过小孔S2垂直于磁场方向进入磁感应强度为B的匀强磁场中,做半径为R的匀速圆周运动.离子行进半个圆周后离开磁场并被收集,离开磁场时离子束的等效电流为I.不考虑离子重力及离子间的相互作用.
![](https://img.xkw.com/dksih/QBM/2012/6/14/1575266532589568/1575266563063808/STEM/f1ff0ccf-4986-4715-b6eb-199f8bc56aa0.png?resizew=225)
(1)求加速电场的电压U;
(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M;
(3)实际上加速电压的大小会在U+ΔU范围内微小变化.若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子,如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离,为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠,
应小于多少?(结果用百分数表示,保留两位有效数字)
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(1)求加速电场的电压U;
(2)求出在离子被收集的过程中任意时间t内收集到离子的质量M;
(3)实际上加速电压的大小会在U+ΔU范围内微小变化.若容器A中有电荷量相同的铀235和铀238两种离子,如前述情况它们经电场加速后进入磁场中会发生分离,为使这两种离子在磁场中运动的轨迹不发生交叠,
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2016-12-08更新
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3568次组卷
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7卷引用:2012年普通高等学校招生全国统一考试理综物理(天津卷)