质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具.如图所示为一种质谱仪的示意图.已知离子的质量为m,带电量为q...
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问题详情:
质谱仪是测量带电粒子的质量和分析同位素的重要工具.如图所示为一种质谱仪的示意图.已知离子的质量为m,带电量为q, 重力不计.速度选择器其中电场强度为E,匀强磁场磁感应强度为B1.
(1) 为了使离子从静止开始经加速电场后沿直线穿过速度选择器,加速电压U应多大?
(2) 离子进入匀强磁场区域B2后,要使离子打在乳胶底片上的位置距离*入点O的距离为L,B2应为多大?
(3) 离子在匀强磁场区域B2中运动的时间多长?
【回答】
(1) (2) (3)
【分析】
(1)离子沿直线穿过速度选择器,则,可求出离子加速后的速度,对加速过程应用动能定理求出加速电压;(2)离子进入匀强磁场区域B2后,做匀速圆周运动,据几何关系求出离子做圆周运动的半径,再据离子在磁场中的半径公式求出磁场的磁感应强度;(3)据几何关系分析离子在磁场中运动时间与周期的关系,再据离子在磁场中的周期公式求出离子在磁场中运动的时间.
【详解】
(1)离子沿直线穿过速度选择器,则,解得:
对离子在加速电场中的加速过程应用动能定理得:,解得:
(2)由几何关系可得:
离子进入磁场区域B2后,洛伦兹力提供向心力,则:
解得:
(3)离子进入磁场区域B2后,做匀速圆周运动,设运动的时间为,则
又
解得:
【点睛】
速度选择器、质谱仪、回旋加速器是高频考点,对粒子在三个器材中的受力情况和运动规律要熟练掌握.
知识点:质谱仪与回旋加速器
题型:解答题