题目内容

质谱仪的装置如图,假设从离子源S出来的离子质量为m,电量为q,初速度为零,被电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中,最后到达平板MN上的P点.已知P到O的距离l,不计重力,求粒子的电荷q与质量m之比.

【答案】分析:带电粒子在电场中被电场力加速后,又以一定的速度垂直进入匀强磁场时,在不计重力的情况下,洛伦兹力提供向心力做匀速圆周运动.由动能定理可求出被加速的速度大小,再半径公式可求出已知长度与速度的关系,从而算出粒子的电荷q与质量m之比.
解答:解:带电粒子在电场中被电场力加速,由动能定理可得:
解之得:
带电粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力

如图所示,

由三式联立可得:
点评:本题是带电粒子在电场与磁场综合应用,考查动能定理与牛顿第二定律及数学几何关系相结合的能力.
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