题目内容
如图所示为一种质谱仪的示意图,由加速电场、静电分析仪和磁分析仪组成.若静电分析仪的通道半径为R,均匀辐向电场沿通道线的场强大小为E,方向如图所示:磁分析仪中有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.忽略离子的重力,则:(1)为了使位于A处的质量为m、电荷量为q的离子,从静止开始经加速电场加速后,沿图中的圆弧虚线通过静电分析仪,加速电场的电压U应为多大?
(2)离子由P点进入磁分析仪后,最终打在乳胶底片上的Q点,该点离入射点P多远?
(3)若有一群离子从静止开始通过质谱仪后打在同一点Q,则该群离子有什么共同点?
【答案】分析:带电粒子在电场中,在电场力做正功的情况下,被加速运动.后垂直于电场线,在电场力提供向心力作用下,做匀速圆周运动.最后进入匀强磁场,在洛伦兹力作用下,做匀速圆周运动.根据洛伦兹力的方向,从而可确定电性,进而可确定极板的电势高低.根据牛顿第二定律可得在电场力作用下做匀速圆周运动的表达式,从而求出加速电压.最后再由牛顿第二定律,洛伦兹力等于向心力可知,运动的半径公式,即影响半径的大小因素.
解答:解:(1)离子在加速电场中做加速运动,根据动能定理,有
①
离子在辐向电场中做匀速圆周运动,电场力提供向心力,有
②
由①、②式得
③
(2)离子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛仑兹力提供向心力,有
④
由②、④得
⑤
∴
⑥
(3)由⑥式可知
,说明该群离子必同带正电荷,且具有相同的比荷.
答:(1)加速电场的电压U应为
ER;
(2)离子离入射点
(3)该群离子有什么共同点该群离子必同带正电荷,且具有相同的比荷.
点评:考查粒子在电场中加速与匀速圆周运动,及在磁场中做匀速圆周运动.掌握电场力与洛伦兹力在各自场中应用,注意粒子在静电分析器中电场力不做功.
解答:解:(1)离子在加速电场中做加速运动,根据动能定理,有
离子在辐向电场中做匀速圆周运动,电场力提供向心力,有
由①、②式得
(2)离子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛仑兹力提供向心力,有
由②、④得
∴
(3)由⑥式可知
答:(1)加速电场的电压U应为
(2)离子离入射点
(3)该群离子有什么共同点该群离子必同带正电荷,且具有相同的比荷.
点评:考查粒子在电场中加速与匀速圆周运动,及在磁场中做匀速圆周运动.掌握电场力与洛伦兹力在各自场中应用,注意粒子在静电分析器中电场力不做功.
练习册系列答案
相关题目