选择题6.0分
物理

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(     )

A

质谱仪是分析同位素的重要工具

B

速度选择器中的磁场方向垂直纸面向里

C

能通过狭缝P的带电粒子的速率等于E/B

D

若粒子打在胶片上的位置距狭缝P的距离为L,则粒子的比荷为

考察知识点

  • 带电粒子在混合场中的运动

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正确答案及相关解析

正确答案

ACD

解析

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。

考查方向

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

解题思路

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。

易错点

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。

知识点

带电粒子在混合场中的运动