Question

15．如圖所示為質(zhì)譜儀的工作原理圖，初速度忽略不計(jì)的帶電粒子進(jìn)入加速電場(chǎng)，經(jīng)加速電場(chǎng)加速后進(jìn)入速度選擇器，在速度選擇器中做直線運(yùn)動(dòng)通過(guò)平板S的狹縫P進(jìn)入平板S下的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)的方向垂直于紙面，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B₂，粒子最終打在膠片A₁A₂上，粒子打在膠片上的位置離狹縫P距離為L(zhǎng)，加速電場(chǎng)兩板間的電壓為U，速度選擇器兩板間的電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E，不計(jì)粒子的重力，則下列判斷正確的是（　�。�

• A． 速度選擇器兩板間磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向里
• B． 平板S下面的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)方向垂直于紙面向外
• C． 粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速后獲得的速度大小為$\frac{4U}{{B}_{2}L}$
• D． 速度選擇器兩板間磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為$\frac{{EB}_{2}L}{4U}$

Answer 1

分析 帶電粒子在速度選擇器中受電場(chǎng)力和洛倫茲力平衡，做勻速直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)入偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)后做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，根據(jù)半徑公式得出半徑與粒子比荷的關(guān)系．

解答 解：A、粒子經(jīng)加速電壓加速，根據(jù)加速電壓可知，粒子帶正電，要使粒子沿直線運(yùn)動(dòng)，粒子在速度選擇器中受到的電場(chǎng)力與洛倫茲力應(yīng)大小相等，由此可以判斷出速度選擇器中磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向外，故A錯(cuò)誤；
B、離子進(jìn)入偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)后向左偏轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則可知，偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的方向垂直于紙面向外，故B正確；
CD、粒子經(jīng)加速電場(chǎng)加速，有：$qU=\frac{1}{2}m{v}^{2}$
在速度選擇器中有：qE=qvB₁
粒子在偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)中做圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力，有：$qv{B}_{2}=\frac{m{v}^{2}}{\frac{L}{2}}$
聯(lián)立解得：$v=\frac{4U}{{B}_{2}L}$，${B}_{1}=\frac{E{B}_{2}L}{4U}$，故CD正確
故選：BCD

點(diǎn)評(píng) 解決本題的關(guān)鍵知道粒子在速度選擇器和偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，掌握帶電粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的半徑公式．