1 . 如图甲所示为一种可用于检测和分离同位素的装置,大量带电粒子从加速电场的上边缘由静止释放,通过宽度为L的狭缝MN,垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场后,均打到照相底片上.若释放的粒子是质子和氘核,其电荷量均为,质量分别为m和2m,不考虑重力及粒子之间的相互作用。
(1)若加速电场的电势差为U,求质子打在照相底片上的位置到M点的最小距离;
(2)要使质子和氘核在照相底片上形成的谱线带能够完全分离,求加速电场的电势差应满足的条件;(用m、e、B、L表示)
(3)某同学将该装置的狭缝宽度减小到可忽略的程度,将狭缝下方的磁场改为水平向左、电场强度大小为E的匀强电场,并在狭缝MN下方距离为d处水平放置照相底片(如图乙),请推导静止释放的质子,通过两个电场后在照相底片上形成的谱线距狭缝的水平距离x与加速电场的电势差U的关系式,并判断该改装装置能否用于检测和分离同位素。
(1)若加速电场的电势差为U,求质子打在照相底片上的位置到M点的最小距离;
(2)要使质子和氘核在照相底片上形成的谱线带能够完全分离,求加速电场的电势差应满足的条件;(用m、e、B、L表示)
(3)某同学将该装置的狭缝宽度减小到可忽略的程度,将狭缝下方的磁场改为水平向左、电场强度大小为E的匀强电场,并在狭缝MN下方距离为d处水平放置照相底片(如图乙),请推导静止释放的质子,通过两个电场后在照相底片上形成的谱线距狭缝的水平距离x与加速电场的电势差U的关系式,并判断该改装装置能否用于检测和分离同位素。
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2 . 如图所示的质谱仪由粒子室、加速电场、速度选择器和偏转磁场四部分组成。加速电场的加速电压为U,速度选择器中的电场强度为E,磁感应强度为(未知),磁场方向垂直纸面向里。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。自O点正下方某点垂直于偏转磁场边界射入偏转磁场。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、粒子间的相互作用。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;
(2)速度选择器板长L;
(3)如果右侧磁场的磁感应强度也为,求两种粒子收集装置的距离d。
(1)速度选择器中磁场的磁感应强度;
(2)速度选择器板长L;
(3)如果右侧磁场的磁感应强度也为,求两种粒子收集装置的距离d。
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3 . 如图所示为质谱仪的结构图,该质谱仪由两部分组成,速度选择器与偏转磁场,已知速度选择器中的磁感应强度大小为、电场强度大小为E,荧光屏下方磁场的方向垂直纸面向外,磁感应强度大小为,三种电荷量均为q、质量不同的粒子沿竖直方向经速度选择器由荧光屏上的狭缝O进入偏转磁场,最终粒子分别打在荧光屏上的、、位置处,相对应的三种粒子的质量分别为、、(三种粒子的质量均未知),忽略粒子的重力以及粒子间的相互作用,则下列说法正确的是( )
A.如果M板带正电,则速度选择器中磁场方向垂直纸面向外 |
B.打在位置的粒子速度最大 |
C.打在位置的粒子质量最大 |
D.如果,则 |
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名校
4 . 在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序。如图所示的是离子注入原理的示意图,离子经电场加速后沿水平方向进入速度选择器,速度为的离子射出后进入磁分析器Ⅰ,只有特定比荷的离子才能进入偏转系统Ⅱ,再注入水平放置的硅片上。磁分析器Ⅰ中的匀强磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直纸面向外,磁分析器Ⅰ的截面是矩形,矩形的长为,宽为,在其宽和长的中心位置C和D处各有一个小孔;半径为L的圆形偏转系统Ⅱ内存在垂直于纸面向外、磁感应强度大小可调的匀强磁场,D、M、N在一条竖直直线上,为圆形偏转系统的直径,最低点M到硅片的距离,不计离子重力。
(1)求能通过D点进入磁偏转系统的离子的比荷;
(2)若偏转系统磁感应强度大小的取值范周为,求硅片上离子往入的宽度。
(1)求能通过D点进入磁偏转系统的离子的比荷;
(2)若偏转系统磁感应强度大小的取值范周为,求硅片上离子往入的宽度。
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5 . 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。
(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。
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2023-04-17更新
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698次组卷
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3卷引用:2023届江西省吉安市高三下学期一模理综物理试题
6 . 离子注入是芯片制造中一道重要工序,如图是其工作示意图,离子源发出质量为m的离子沿水平方向进入速度选择器,然后从M点进入磁分析器(截面为内外半径分别为和的四分之一圆环),从N点射出,M、N分别为磁分析器边界和边界的中点,接着从棱长为L的正方体偏转系统上表面中心沿竖直注入,偏转后落在与偏转系统底面平行的距离为的水平面晶圆上(O为坐标原点)。已知各器件的电场强度均为E,磁感应强度均为B,偏转系统中的电场、磁场方向与晶圆面x轴正方向同向。不计离子重力,打在晶圆上的离子,经过偏转系统的角度都很小。当很小时,有。求:
(1)离子通过速度选择器后的速度大小v及磁分析器选择出来离子的电荷量;
(2)偏转系统仅加电场时,离子在穿出偏转系统整个过程中电势能的变化量;
(3)偏转系统仅加磁场时,离子注入晶圆的位置坐标(用、及L表示)。
(1)离子通过速度选择器后的速度大小v及磁分析器选择出来离子的电荷量;
(2)偏转系统仅加电场时,离子在穿出偏转系统整个过程中电势能的变化量;
(3)偏转系统仅加磁场时,离子注入晶圆的位置坐标(用、及L表示)。
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7 . 带电粒子的电荷量和其质量的比值叫比荷。一种测定电子比荷的实验装置如图所示。真空玻璃管内阴极发出电子,经阳极A与阴极之间的高压加速后,形成一细束电子流。电子束沿平行于极板的方向进入两极板、间,两极板间距离为d、长度为。若两极板、间无电压,电子将打在荧光屏上的点,点到极板右侧的距离为。若在两极板间加偏转电压,则离开极板区域的电子将打在荧光屏上的点,点到点的距离为。若极板间再施加一个磁感应强度为、垂直纸面方向的匀强磁场,则电子在荧光屏上产生的光点又回到点。电子的重力可忽略不计。
(1)判断、间磁场的方向;
(2)求电子射入极板、时的速度;
(3)求电子的比荷;
(4)请你再设计一种能够测量带电粒子比荷的方案。要求:利用电场、磁场来控制带电粒子的运动,说明需要测量的物理量,并写出比荷的表达式(用测量量表示)。
(1)判断、间磁场的方向;
(2)求电子射入极板、时的速度;
(3)求电子的比荷;
(4)请你再设计一种能够测量带电粒子比荷的方案。要求:利用电场、磁场来控制带电粒子的运动,说明需要测量的物理量,并写出比荷的表达式(用测量量表示)。
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2021·浙江宁波·模拟预测
名校
8 . 如图所示为一同位素原子核分离器的原理图。有两种同位素,电荷量为q,质量分别为m1,m2,其中。从同一位置A点由静止出发通过同一加速电场进入速度选择器,速度选择器中的电场强度为E,方向向右,磁感应强度大小为B,方向垂直纸面。在边界线ab下方有垂直纸面向外的匀强磁场B1(B1大小未知)。忽略粒子间的相互作用力及所受重力。若质量为m1的原子核恰好沿直线(图中虚线)从O点射入下方磁场。
(1)判断速度选择器中磁场的方向,并求质量为m2的核进入速度选择器时的速度。
(2)质量为m2的原子核离开速度选择器时在O点左侧还是右侧?设其通过ab边界时,离O点的距离为d,其中,求该原子核离开ab边界时垂直于ab边界的速度分量。
(3)接上一问,若已知,当磁场B1大小为多少时,两种同位素核第一次回到ab边界,将击中ab边界上同一点。
(1)判断速度选择器中磁场的方向,并求质量为m2的核进入速度选择器时的速度。
(2)质量为m2的原子核离开速度选择器时在O点左侧还是右侧?设其通过ab边界时,离O点的距离为d,其中,求该原子核离开ab边界时垂直于ab边界的速度分量。
(3)接上一问,若已知,当磁场B1大小为多少时,两种同位素核第一次回到ab边界,将击中ab边界上同一点。
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9 . 如图所示为质谱仪的工作原理图,它由加速电场、速度选择器(磁场方向垂直纸面)和偏转磁场构成。四种电荷量相等,电性相同、质量不同的粒子a,b,c,d由O点处的粒子源竖直向下射入加速电场(粒子a,b,c的初速度相同),四种粒子经过一段时间到达图中不同的位置,粒子的重力以及粒子间的相互作用均不计。则下列说法正确的是( )
A.粒子可能带负电 |
B.速度选择器中磁场的方向垂直纸面向里 |
C.粒子c在O点的初速度大于粒子d在O点的初速度 |
D.粒子d的质量大于粒子c的质量 |
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2021-05-08更新
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606次组卷
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3卷引用:1.4洛伦兹力与现代技术 随堂演练-粤教版(2019)选择性必修第二册
1.4洛伦兹力与现代技术 随堂演练-粤教版(2019)选择性必修第二册山东省济宁市泗水县2020-2021学年高二下学期期中物理试题(已下线)第06练 磁场对运动电荷的作用-2022年【暑假分层作业】高二物理(人教版2019)
2021·浙江·高考真题
真题
名校
10 . 在芯片制造过程中,离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理示意图,离子经加速后沿水平方向进入速度选择器,然后通过磁分析器,选择出特定比荷的离子,经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆(硅片)。速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B,方向均垂直纸面向外;速度选择器和偏转系统中的匀强电场场强大小均为E,方向分别为竖直向上和垂直纸面向外。磁分析器截面是内外半径分别为R1和R2的四分之一圆环,其两端中心位置M和N处各有一个小孔;偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为L的正方体,其偏转系统的底面与晶圆所在水平面平行,间距也为L。当偏转系统不加电场及磁场时,离子恰好竖直注入到晶圆上的O点(即图中坐标原点,x轴垂直纸面向外)。整个系统置于真空中,不计离子重力,打在晶圆上的离子,经过电场和磁场偏转的角度都很小。当α很小时,有,。求:
(1)离子通过速度选择器后的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷;
(2)偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;
(3)偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;
(4)偏转系统同时加上电场和磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示,并说明理由。
(1)离子通过速度选择器后的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷;
(2)偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;
(3)偏转系统仅加磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示;
(4)偏转系统同时加上电场和磁场时离子注入晶圆的位置,用坐标(x,y)表示,并说明理由。
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2021-01-09更新
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10838次组卷
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24卷引用:专题3.4 带电粒子在复合场运动(练)-2023年高考物理二轮复习讲练测(新高考专用)
(已下线)专题3.4 带电粒子在复合场运动(练)-2023年高考物理二轮复习讲练测(新高考专用)(已下线)专题7.4 计算题高考新动向-2023届高考物理二、三轮复习总攻略(已下线)专题20 电学综合计算题-学易金卷:五年(2019-2023)高考物理真题分项汇编(全国通用)2023届天津市西青区杨柳青第一中学高三下学期全真模拟检测物理试题(已下线)专题45 带电粒子在有边界磁场运动-学易金卷:十年(2014-2023)高考物理真题分项汇编(全国通用)(已下线)11.5 专题 洛伦兹力与现代科技(讲)2021届浙江省1月普通高校招生选考物理试题(已下线)《2021届高考物理二轮复习考点优化训练》:磁场计算题2021届天津市普通高中高三学业水平等级性考试物理模拟试题(三)2021届江苏省常州市前黄高级中学高三下学期一模适应性考试物理试题(已下线)2022年高考物理一轮复习真题考点分类训练-专题7 磁场及其综合应用广东省韶关市武江区广东北江实验中学2020-2021学年高二下学期第一次月考物理试题(已下线)专题21 电学计算题-2021年高考真题和模拟题物理分项汇编(已下线)2022年高考考前20天终极冲刺攻略(三)【物理】 -倒计时第11天 磁场(已下线)专题20 电学计算题——2020-22年三年浙江卷高考汇编(已下线)专题11 磁场——2018-22年五年浙江卷高考汇编(已下线)专题11 磁场——2020-22年三年浙江卷高考汇编(已下线)专题20 电学计算题——2018-22年五年浙江卷高考汇编2023版 优化设计 高考总复习 第十章 专题5带电粒子在复合场中的运动(已下线)专题13 磁场(一)-十年(2013-2022)高考物理真题分项汇编(全国通用)(已下线)13.10电磁感应+带电粒子在电磁场中运动-2024年高考物理一轮复习100考点100讲(已下线)12.12粒子在立体空间电磁场中的运动-2024年高考物理一轮复习100考点100讲2024步步高大二轮 第一篇 专题三 培优点6 带电粒子在立体空间的运动(已下线)14讲 带电粒子在电磁场中的综合应用 (讲)