(2010·天津·12)質(zhì)譜分析技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各前沿科學(xué)領(lǐng)域。湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子的質(zhì)譜裝置示意如圖,M、N為兩塊水平放置的平行金屬極板,板長為L,板右端到屏的距離為D,且D遠(yuǎn)大于L,O’O為垂直于屏的中心軸線,不計離子重力和離子在板間偏離O’O的距離。以屏中心O為原點建立xOy直角坐標(biāo)系,其中x軸沿水平方向,y軸沿豎直方向。

(1)設(shè)一個質(zhì)量為m0、電荷量為q0的正離子以速度v0沿O’O的方向從O’點射入,板間不加電場和磁場時,離子打在屏上O點。若在兩極板間加一沿+y方向場強(qiáng)為E的勻強(qiáng)電場,求離子射到屏上時偏離O點的距離y0;
(2)假設(shè)你利用該裝置探究未知離子,試依照以下實驗結(jié)果計算未知離子的質(zhì)量數(shù)。
上述裝置中,保留原電場,再在板間加沿-y方向的勻強(qiáng)磁場,F(xiàn)有電荷量相同的兩種正離子組成的離子流,仍從O’點沿O’O方向射入,屏上出現(xiàn)兩條亮線。在兩線上取y坐標(biāo)相同的兩個光點,對應(yīng)的x坐標(biāo)分別為3.24mm和3.00mm,其中x坐標(biāo)大的光點是碳12離子擊中屏產(chǎn)生的,另一光點是未知離子產(chǎn)生的。盡管入射離子速度不完全相同,但入射速度都很大,且在板間運(yùn)動時O’O方向的分速度總是遠(yuǎn)大于x方向和y方向的分速度。
(1)(2) 14
:(1)離子在電場中受到的電場力
                  ①
離子獲得的加速度
                   ②
離子在板間運(yùn)動的時間
                    ③ 
到達(dá)極板右邊緣時,離子在方向的分速度
                   ④ 
離子從板右端到達(dá)屏上所需時間
                    ⑤
離子射到屏上時偏離點的距離

由上述各式,得
                   ⑥
(2)設(shè)離子電荷量為,質(zhì)量為,入射時速度為,磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度為,磁場對離子的洛倫茲力
                  ⑦
已知離子的入射速度都很大,因而離子在磁場中運(yùn)動時間甚短,所經(jīng)過的圓弧與圓周相比甚小,且在板間運(yùn)動時,方向的分速度總是遠(yuǎn)大于在方向和方向的分速度,洛倫茲力變化甚微,故可作恒力處理,洛倫茲力產(chǎn)生的加速度
                  ⑧
是離子在方向的加速度,離子在方向的運(yùn)動可視為初速度為零的勻加速直線運(yùn)動,到達(dá)極板右端時,離子在方向的分速度
                   ⑨
離子飛出極板到達(dá)屏?xí)r,在方向上偏離點的距離
               ⑩
當(dāng)離子的初速度為任意值時,離子到達(dá)屏上時的位置在方向上偏離點的距離為,考慮到⑥式,得
                     ⑾
由⑩、⑾兩式得
                      ⑿
其中
上式表明,是與離子進(jìn)入板間初速度無關(guān)的定值,對兩種離子均相同,由題設(shè)條件知,坐標(biāo)3.24mm的光點對應(yīng)的是碳12離子,其質(zhì)量為坐標(biāo)3.00mm的光點對應(yīng)的是未知離子,設(shè)其質(zhì)量為,由⑿式代入數(shù)據(jù)可得
                      ⒀
故該未知離子的質(zhì)量數(shù)為14。
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

一帶電粒子(重力忽略)在正電荷的電場中運(yùn)動的軌跡如圖中曲線所示,則 

A.粒子在A、B兩點的速度VA>VB
B.粒子在A、B兩點的所受的電場力FA>FB
C.粒子在A、B兩點的動能EKA>EKB
D.粒子在A、C兩點的電勢能EPA>EPC

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖10所示,質(zhì)量相同的兩個帶電粒子P、Q以相同的速度沿垂直于電場方向射入兩平行板間的勻強(qiáng)電場中,P從兩極板正中央射入,Q從下極板邊緣處射入,它們最后打在同一點(重力不計),則從開始射入到打到上板的過程中                        (  )
A.它們運(yùn)動的時間tQ>tP
B.它們運(yùn)動的加速度aQ<aP
C.它們所帶的電荷量之比qP∶qQ=1∶2
D.它們的動能增加量之比ΔEkP∶ΔEkQ=1∶2

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如右圖一個重力不計的正點電荷q從右圖中兩平行帶電金屬板左端中央處以初動能Ek射入勻強(qiáng)電場中,它飛出電場時的動能變?yōu)?Ek,若此點電荷飛入電場時其速度大小增加為原來的2倍而方向不變,它飛出電場時的動能變?yōu)椋?nbsp;   )
A.8EkB.5EkC.4.25EkD.4EK

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖5所示,靜止的電子在加速電壓U1的作用下從O經(jīng)P板的小孔射出,又垂直進(jìn)入平行金屬板間的電場,在偏轉(zhuǎn)電壓U2的作用下偏轉(zhuǎn)一段距離.現(xiàn)使U1加倍,要想使電子的運(yùn)動軌跡不發(fā)生變化,應(yīng)該       (  )
A.使U2加倍
B.使U2變?yōu)樵瓉淼?倍
C.使U2變?yōu)樵瓉淼?img src="http://thumb.zyjl.cn/pic2/upload/papers/20140824/20140824141451231344.png" style="vertical-align:middle;" />倍
D.使U2變?yōu)樵瓉淼?/2

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

如圖所示,在兩等量異種點電荷連線上有D、E、F三點,且DE=EF.K、M、L
分別為過D、E、F三點的等勢面.一不計重力的帶負(fù)電粒子,從a點射入電場,
運(yùn)動軌跡如圖中實線所示,以|Wab|表示該粒子從a點到b點電場力做功的數(shù)值,
以|Wbc|表示該粒子從b點到c點電場力做功的數(shù)值,則(  )

A.|Wab|=|Wbc|    
B.|Wab|<|Wbc|
C.粒子由a點到b點,動能減少
D.a(chǎn)點的電勢較b點的電勢低

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

如圖所示,PR是一塊長為L="4" m的絕緣平板固定在水平地面上,整個空間有一個平行于PR的勻強(qiáng)電場E,在板的右半部分有一個垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場B,一個質(zhì)量為m=0.1 kg,帶電量為q=0.5 C的物體,從板的P端由靜止開始在電場力和摩擦力的作用下向右做勻加速運(yùn)動,進(jìn)入磁場后恰能做勻速運(yùn)動。當(dāng)物體碰到板R端的擋板后被彈回,若在碰撞瞬間撤去電場,物體返回時在磁場中仍做勻速運(yùn)動,離開磁場后做勻減速運(yùn)動停在C點,PC=L/4,物體與平板間的動摩擦因數(shù)為μ=0.4,取g=10m/s2 ,求:

(1)判斷物體帶正電還是負(fù)電?
(2)物體與擋板碰撞前后的速度v1和v2
(3)磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小
(4)電場強(qiáng)度E的大小和方向

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:計算題

平行板電容大路兩極板之間距離為在中央有一塊帶電網(wǎng),網(wǎng)與正極板B之間的電勢差為網(wǎng)與負(fù)極板A之間電勢差的2倍,從板A與水平成角飛出一個帶正電粒子,最高到達(dá)B板處,求粒子起飛到返回A上點之間的距離。(重力作用不計)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:不詳 題型:單選題

一靜止電子開始經(jīng)電壓為U1的加速電場加速后,又垂直于電場線進(jìn)入電壓為U2的兩平行金屬板間的偏轉(zhuǎn)電場,射出偏轉(zhuǎn)電場時沿電場線方向偏移量為y,要使y增大,則應(yīng):( )
A.U1、U2都增大B.U1、U2都減小C.U1減小、U2增大D.U1增大、U2減小

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案