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 =L,且OM =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。(取;)
【答案】(1) (2) (3)3次
【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点,
离子打在N点r=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点
此时,原本半径为r1的打在Q1的离子打在Q上
解得
第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次
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