(20分)有一種“雙聚焦分析器”質譜儀,工作原理如圖所示。加速電場的電壓為U,靜電分析器中有會聚電場,即與圓心O1等距各點的電場強度大小相同,方向沿徑向指向圓心O1,磁分析器中以O2為圓心、圓心角為90°的扇形區(qū)域內,分布著方向垂直于紙面向外的勻強磁場,其左邊界與靜電分析器的右邊界平行。由離子源發(fā)出一個品質為m、電荷量為q的正離子(初速度為零,重力不計),經加速電場加速后,從M點沿垂直于該點的電場方向進入靜電分析器,在靜電分析器中,離子沿半徑為R的四分之一圓弧軌道做勻速圓周運動,并從N點射出靜電分析器。而后離子由P點沿著既垂直于磁分析器的左邊界,又垂直于磁場方向射入磁分析器中,最后離子沿垂直于磁分析器下邊界的方向從Q點射出,并進入收集器。測量出Q點與圓心O2的距離為d,位于Q點正下方的收集器入口離Q點的距離為d/2。(題中的U、m、q、R、d都為已知量)
(1)求靜電分析器中離子運動軌跡處電場強度E的大;
(2)求磁分析器中磁感應強度B的大;
(3)現將離子換成品質為4m ,電荷量仍為q的另一種正離子,其它條件不變。磁分析器空間足夠大,離子不會從圓弧邊界射出,收集器的位置可以沿水平方向左右移動,要使此時射出磁分析器的離子仍能進入收集器,求收集器水平移動的距離。
(1)(2)(3)
【解析】
試題分析:(1)(共6分)設離子進入靜電分析器時的速度為v,離子在加速電場中加速的過程中,根據動能定理 有
① 2分
離子在靜電分析器中做勻速圓周運動,根據牛頓第二定律 有
② 2分
由①②解得
③ 2分
(2)(共6分)離子在磁分析器中做勻速圓周運動,根據牛頓第二定律 有
④ 2分
由題意可知,圓周運動的軌道半徑
r = d ⑤ 2分
由④⑤①式解得
⑥ 2分
(3)(共8分)磁場中運動的半徑為2d 4分
水平向右移動的距離為 4分
考點:考查帶電粒子在復合場中的運動
點評:本題難度中等,本題難度在于學生不太容易讀懂題意,如果能讀懂題意,其實就是一個例子在交替復合場中的運動問題
科目:高中物理 來源: 題型:
d | 2 |
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科目:高中物理 來源:2013屆浙江省一級重點中學(六校)高三第一次聯考物理試卷(帶解析) 題型:計算題
(20分)有一種“雙聚焦分析器”質譜儀,工作原理如圖所示。加速電場的電壓為U,靜電分析器中有會聚電場,即與圓心O1等距各點的電場強度大小相同,方向沿徑向指向圓心O1,磁分析器中以O2為圓心、圓心角為90°的扇形區(qū)域內,分布著方向垂直于紙面向外的勻強磁場,其左邊界與靜電分析器的右邊界平行。由離子源發(fā)出一個品質為m、電荷量為q的正離子(初速度為零,重力不計),經加速電場加速后,從M點沿垂直于該點的電場方向進入靜電分析器,在靜電分析器中,離子沿半徑為R的四分之一圓弧軌道做勻速圓周運動,并從N點射出靜電分析器。而后離子由P點沿著既垂直于磁分析器的左邊界,又垂直于磁場方向射入磁分析器中,最后離子沿垂直于磁分析器下邊界的方向從Q點射出,并進入收集器。測量出Q點與圓心O2的距離為d,位于Q點正下方的收集器入口離Q點的距離為d/2。(題中的U、m、q、R、d都為已知量)
(1)求靜電分析器中離子運動軌跡處電場強度E的大;
(2)求磁分析器中磁感應強度B的大;
(3)現將離子換成品質為4m ,電荷量仍為q的另一種正離子,其它條件不變。磁分析器空間足夠大,離子不會從圓弧邊界射出,收集器的位置可以沿水平方向左右移動,要使此時射出磁分析器的離子仍能進入收集器,求收集器水平移動的距離。
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科目:高中物理 來源:2014屆天津市高二下學期期中考試物理試卷(解析版) 題型:計算題
有一種“雙聚焦分析器”質譜儀,工作原理如圖所示。加速電場的電壓為U,靜電分析器中有輻向會聚電場,即與圓心O1等距各點的電場強度大小相同,方向沿徑向指向圓心O1 ;磁分析器中以O2為圓心、圓心角為90°的扇形區(qū)域內,分布著方向垂直于紙面向外的勻強磁場,其左邊界與靜電分析器的右邊界平行.由離子源發(fā)出一個質量為m、電荷量為q的正離子(初速度為零,重力不計),經加速電場加速后,從M點沿垂直于該點的電場方向進入靜電分析器,在靜電分析器中,離子沿半徑為R的四分之一圓弧軌道做勻速圓周運動,并從N點射出靜電分析器.而后離子由P點沿著既垂直于磁分析器的左邊界,又垂直于磁場方向射入磁分析器中,最后離子沿垂直于磁分析器下邊界的方向從Q點射出,并進入收集器.測量出Q點與圓心O2的距離為d,位于Q點正下方的收集器入口離Q點的距離為d/2.(題中的U、m、q、R、d都為已知量)
(1)求靜電分析器中離子運動軌跡處電場強度E的大。
(2)求磁分析器中磁感應強度B的大。
(3)現將離子換成質量為4m ,電荷量仍為q的另一種正離子,其它條件不變.磁分析器空間足夠大,離子不會從圓弧邊界射出,收集器的位置可以沿水平方向左右移動,要使此時射出磁分析器的離子仍能進入收集器,求收集器水平移動的距離.
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科目:高中物理 來源: 題型:閱讀理解
(2013浙江省六校聯考)有一種“雙聚焦分析器”質譜儀,工作原理如圖所示。加速電場的電壓為U,靜電分析器中有會聚電場,即與圓心O1等距各點的電場強度大小相同,方向沿徑向指向圓心O1 ,磁分析器中以O2為圓心、圓心角為90°的扇形區(qū)域內,分布著方向垂直于紙面向外的勻強磁場,其左邊界與靜電分析器的右邊界平行。由離子源發(fā)出一個質量為m、電荷量為q的正離子(初速度為零,重力不計),經加速電場加速后,從M點沿垂直于該點的電場方向進入靜電分析器,在靜電分析器中,離子沿半徑為R的四分之一圓弧軌道做勻速圓周運動,并從N點射出靜電分析器。而后離子由P點沿著既垂直于磁分析器的左邊界,又垂直于磁場方向射入磁分析器中,最后離子沿垂直于磁分析器下邊界的方向從Q點射出,并進入收集器。測量出Q點與圓心O2的距離為d,位于Q點正下方的收集器入口離Q點的距離為d/2。(題中的U、m、q、R、d都為已知量)
(1)求靜電分析器中離子運動軌跡處電場強度E的大小;
(2)求磁分析器中磁感應強度B的大。
(3)現將離子換成質量為4m ,電荷量仍為q的另一種正離子,其它條件不變。磁分析器空間足夠大,離子不會從圓弧邊界射出,收集器的位置可以沿水平方向左右移動,要使此時射出磁分析器的離子仍能進入收集器,求收集器水平移動的距離。
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