7.如图是质谱仪的工作原理示意图,一质量为m电荷量为q的带电粒子被加速电压为U的电场加速后进入速度选择器,其运动轨迹如图所示。速度选择器内相互正交的匀强磁场和匀强电场的强度分别为B和E,平板S0上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A1A2,平板S0下方有强度为B0的匀强磁场。下列表述正确的是( )
23.如图所示,地面上方竖直界面N左侧空间存在着水平的、垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度B=2.0 T。与N平行的竖直界面M左侧存在竖直向下的匀强电场,电场强度E1=100N/C。在界面M与N之间还同时存在着水平向左的匀强电场,电场强度E2=200N/C。在紧靠界面M处有一个固定在水平地面上的竖直绝缘支架,支架上表面光滑,支架上放有质量m2=1.8×10-4kg的带正电的小物体b(可视为质点),电荷量q2=1.0×10-5 C。一个质量为m1=1.8×10-4 kg,电荷量为q1=3.0×10-5 C的带负电小物体(可视为质点)a以水平速度v0射入场区,沿直线运动并与小物体b相碰,a、b两个小物体碰后粘合在一起成小物体c,进入界面M右侧的场区,并从场区右边界N射出,落到地面上的Q点(图中未画出)。已知支架顶端距地面的高度h=1.0 m,M和N两个界面的距离L=0.10 m, g取10m/s2。
求:
(1)小球a水平运动的速率。
(2)物体c刚进入M右侧的场区时的加速度。
(3)物体c落到Q点时的动能。
15.在如图所示的直角坐标系中,x轴的上方有与x轴正方向成角的匀强电场,场强的大小为
,x轴的下方有垂直于
面的匀强磁场,磁感应强度的大小为
。把一个比荷为
的正电荷从坐标为(0,1)的A点处由静止释放.电荷所受的重力忽略不计,求:
(1)电荷从释放到第一次进入磁场时所用的时间t;
(2)电荷在磁场中运动轨迹的半径;
(3)电荷第二次到达x轴上的位置
18.如图所示,空间存在足够大、正交的匀强电、磁场,电场强度为E、方向竖直向下,磁感应强度为B、方向垂直纸面向里。从电、磁场中某点P由静止释放一个质量为m、带电量为+q的粒子(粒子受到的重力忽略不计),其运动轨迹如图虚线所示。对于带电粒子在电、磁场中下落的最大高度H,下面给出了四个表达式,用你已有的知识计算可能会有困难,但你可以用学过的知识对下面的四个选项做出判断。你认为正确的是( )
答案有多项符合题目要求。全部选对的得6分,选对但不全对的得3分,有选错的得0分。
由质谱仪的原理可知A、C选项正确;速度选择器要求洛伦兹力与电场力平衡,与粒子电性等无关,假设粒子带正电,则所受电场力垂直于板向右,根据左手定则可知,磁场方向垂直纸面向外。B选项错误;,所以比荷
,D选项正确。
带电粒子在匀强电场中的运动;带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力;质谱仪
1、质谱仪的工作原理:
① 速度选择器中只要满足Eq=qvB,即v=E/B即可穿出场区,此时电场力与洛伦兹力均不做功;
② 相同速度穿出的粒子,在相同的磁场B0中运动,洛伦兹力提供向心力,,
;
③ 不同粒子的比荷一般不同,导致粒子圆周运动的半径R不同,从而区分不同的粒子。
2、由带电粒子在磁场中运动的对称性可知打在胶片上的位置距狭缝P的距离L=2R。
1、对速度选择器原理的理解,只有满足电场力与洛伦兹力相等的条件下粒子才可以穿出场区,而与粒子的电性、电荷量的大小,质量等无关;
2、带电粒子在直线型边界有界匀强磁场中运动的对称性。