题目内容

【题目】(2015·江苏卷)一台质谱仪的工作原理如图所示,电荷量均为+q、质量不同的离子飘入电压为U0的加速电场,其初速度几乎为零,这些离子经过加速后通过狭缝O沿着与磁场垂直的方向进入磁感应强度为B的匀强磁场,最后打在底片上,已知放置底片区域已知放置底片的区域MN =LOM =L。某次测量发现MN中左侧2/3区域MQ损坏检测不到离子但右侧1/3区域QN仍能正常检测到离子在适当调节加速电压后原本打在MQ的离子即可在QN检测到

(1)求原本打在MN中点P的离子质量m

(2)为使原本打在P的离子能打在QN区域,求加速电压U的调节范围;

(3)为了在QN区域将原本打在MQ区域的所有离子检测完整求需要调节U的最少次数。(

【答案】(1) (2) (3)3

【解析】1)离子在电场中加速:

在磁场中做匀速圆周运动:

解得:

代入,解得

2)由(1)知,离子打在Q

离子打在Nr=L,则电压的范围

3)由(1)可知,

由题意知,第1次调节电压到U1,使原本Q点的离子打在N

此时,原本半径为r1的打在Q1的离子打在Q

解得

2次调节电压到U2,原本打在Q1的离子打在N点,半径为r2的打在Q2的离子打在Q上,则:

解得

同理,第n次调节电压,有

检测完整,有

解得:

最少次数为3

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