题目内容

如图所示,在y轴的右方有一匀强磁场,磁感强度为B,方向垂直纸面向外.在x轴的下方,有一匀强电场,场强为E,方向平行x轴向左.有一绝缘板放置有y轴处,且与纸面垂直.现在一质量为m,带电量为q的粒子由静止经过加速电压为U的电场加速,然后以垂直于绝缘板的方向从A处直线穿过绝缘板,而后从x轴的K处以与x车正向夹角为60°的方向进入电场和磁场迭加的区域,最后到达y轴上的C点.已知OD长为L,不计粒于重力,粒子穿过绝缘板后电量不变,求:
(1)粒子经过绝缘板时损失的动能;
(2)粒子到达C点时的速度大小.
(1)不计粒子受的重力,假设粒子穿过绝缘板后电量不变,
粒子在磁场中只受洛仑兹力作用作匀速圆周运动,速度设为V.
则qBV=
mV2
R

∴R=
mV
qB

由几何知识知,R=
2L
3

∴
mV
qB
=
2L
3

得:V=
2qBL
3
m

粒子被加速,穿过绝缘板时损失的功能为△E
则△E=qu-
1
2
mV2

得△E=qu-
2q2B2L2
3m

(2)从D点到C点,只有电场力对粒子做功,到达C点速度Vc
由动能定理qEL=
1
2
mVc2-
1
2
mV2

得:Vc=
1
3m
18mqEL+12q2B2L2

答:(1)粒子经过绝缘板时损失的动能为qu-
2q2B2L2
3m
;
(2)粒子到达C点时的速度大小为
1
3m
18mqEL+12q2B2L2
.
练习册系列答案
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有一种“双聚焦分析器”质谱仪,工作原理如图所示.加速电场的电压为U,静电分析器中有辐向会聚电场,即与圆心O1等距各点的电场强度大小相同,方向沿径向指向圆心O1;磁分析器中以O2为圆心、圆心角为90°的扇形区域内,分布着方向垂直于纸面向外的匀强磁场,其左边界与静电分析器的右边界平行.由离子源发出一个质量为m、电荷量为q的正离子(初速度为零,重力不计),经加速电场加速后,从M点沿垂直于该点的电场方向进入静电分析器,在静电分析器中,离子沿半径为R的四分之一圆弧轨道做匀速圆周运动,并从N点射出静电分析器.而后离子由P点沿着既垂直于磁分析器的左边界,又垂直于磁场方向射入磁分析器中,最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q点射出,并进入收集器.测量出Q点与圆心O2的距离为d,位于Q点正下方的收集器入口离Q点的距离为
d
2
.(题中的U、m、q、R、d都为已知量)
(1)求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小;
(2)求磁分析器中磁感应强度B的大小;
(3)现将离子换成质量为4m,电荷量仍为q的另一种正离子,其它条件不变.磁分析器空间足够大,离子不会从圆弧边界射出,收集器的位置可以沿水平方向左右移动,要使此时射出磁分析器的离子仍能进入收集器,求收集器水平移动的距离.

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