某探究小组设计了一个质谱仪,其原理如图所示.一束电量均为,质量不同的带负电的粒子,经过电场加速后进入一速度选择器,从点进入一等腰直角三角形的有界磁场中,又从斜边射出.速度选择器中垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为,竖直向下的匀强电场强度为,有界磁场的磁感应强度为,直角边长为,为斜边的中点,两点相距为.求:
(1)带电粒子进入有界磁场的速度大小.
(2)带电粒子质量应满足的条件.
(3)打在斜边上Q点的带电粒子在磁场中运动的时间.
高三物理计算题困难题
某探究小组设计了一个质谱仪,其原理如图所示.一束电量均为,质量不同的带负电的粒子,经过电场加速后进入一速度选择器,从点进入一等腰直角三角形的有界磁场中,又从斜边射出.速度选择器中垂直纸面向里的匀强磁场的磁感应强度为,竖直向下的匀强电场强度为,有界磁场的磁感应强度为,直角边长为,为斜边的中点,两点相距为.求:
(1)带电粒子进入有界磁场的速度大小.
(2)带电粒子质量应满足的条件.
(3)打在斜边上Q点的带电粒子在磁场中运动的时间.
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如图所示为质谱仪的构造原理图,它是一种分离和检测不同同位素的重要工具。质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。现让待测的不同带电粒子经加速电场后进入速度选择器,速度选择器的平行金属板之间有相互正交的匀强磁场和匀强电场(图中未画出),磁感应强度为B,电场强度为E。金属板靠近平板S,在平板S上有可让粒子通过的狭缝P,带电粒子经过速度选择器后,立即从P点沿垂直平板S且垂直于磁场方向的速度进入磁感应强度为B0、并以平板S为边界的有界匀强磁场中,在磁场中偏转后打在记录它的照相底片上,底片厚度可忽略不计,且与平板S重合。根据粒子打在底片上的位置,便可以对它的比荷(电荷量与质量之比)情况进行分析。在下面的讨论中,磁感应强度为B0的匀强磁场区域足够大,空气阻力、带电粒子所受的重力及它们之间的相互作用力均可忽略不计。
(1)带电粒子通过狭缝P时的速度大小v;
(2)不同的带电粒子经加速电场加速后可获得不同的速率,这些粒子进入速度选择器后,要想使通过狭缝P的带电粒子速度大一些,应怎样调整速度选择器的电场强度E和磁感应强度B的大小;
(3)若用这个质谱仪分别观测氢的两种同位素离子(1H和2H),它们分别打在照相底片上相距为d1的两点;若用这个质谱仪相同条件下再分别观测碳的两种同位素离子(12C和14C),它们分别打在照相底片上相距为d2的两点。请通过计算说明,d1与d2的大小关系;
(4)若氢的两种同位素离子(所带电荷量为e)的质量分别为m1和m2,且已知m1>m2,它们同时从加速电场射出。试分析说明这两种粒子哪一种先到达照相底片,并求出它们到达照相底片上的时间差Δt。
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如图所示为质谱仪的工作原理图,初速度忽略不计的带电粒子进入加速电场,经加速电场加速后进人速度选择器,在速度选择器中直线运动后通过平板S的狭缝P点进入平板S下方的偏转磁场,磁场的方向垂直于纸面,磁感应强度大小为B,粒子最终打在胶片A1A2上,粒子打往胶片上的位置离P点距离为L,加速电场两板间的电压为U,速度选择器两板的电场强度大小为E,不计粒子的重力,则下列判断正确的是
A. 速度选择器两板间磁场的方向垂直于纸面向里
B. 平板S下面的偏转磁场方向垂直于纸面向里
C. 粒子经加速电场加速后获得的速度大小为
D. 速度选择器两板间磁场的磁感应强度大小为
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如图所示为质谱仪的原理图,A为粒子加速器,电压为U1;B为速度选择器,磁场与电场正交,磁感应强度为B1,板间距离为d;C为偏转分离器,磁感应强度为B2.今有一质量为m、电量为q的正离子经加速后,恰好通过速度选择器,进入分离器后做半径为R的匀速圆周运动,求:
(1)粒子的速度v
(2)速度选择器的电压U2
(3)粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R.
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如图所示为质谱仪的原理图,电荷量为、质量为m的带正电的粒子从静止开始经过电势差为U的加速电场后,进入粒子速度选择器,选择器中存在相互垂直的匀强电场和匀强磁场,匀强电场的场强为E,方向水平向右。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人偏转磁场。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,最终达到照相底片的H点。已知偏转磁场的磁感应强度为B2,带电粒子的重力可忽略不计。求:
1.粒子从加速电场射出时速度的大小;
2.粒子速度选择器中匀强磁场的磁感应强度B1的大小和方向;
3.带电粒子进入偏转磁场的G点到照相底片H点的距离L。
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质谱仪是一种测定带电粒子质量和分析同位素的重要工具,它的构造原理如图所示。粒子源S发出各种不同的正粒子束(粒子重力忽略不计),粒子从S出来时速度很小,可以看做初速度为零,粒子经过加速电场加速后垂直进入有界匀强磁场(图中线框所示),并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点,测得P点到入口的距离为z,则以下说法正确的是
A. 若粒子束不是同位素,则x越大,正粒子的质量一定越大
B. 若粒子束是同位素,则x越大,质量一定越小
C. 只要x相同,则正粒子的质量一定相同
D. 只要x相同,则正粒子的比荷一定相同
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质谱议的构造原理如图所示.从粒子源S出来时的粒子速度很小,可以看作初速为零,粒子经过电场加速后进入有界的垂直纸面向里的匀强磁场区域,并沿着半圆周运动而达到照相底片上的P点,测得P点到入口的距离为x,则以下说法正确的是
A.粒子一定带正电
B.粒子一定带负电
C.x越大,则粒子的质量与电量之比一定越大
D.x越大,则粒子的质量与电量之比一定越小
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