問題詳情:
如圖為質譜儀的原理示意圖,電荷量為q、質量為m的帶正電的粒子從靜止開始經過電勢差為U的加速電場後進入粒子速度選擇器,選擇器中存在相互垂直的勻強電場和勻強磁場,勻強電場的場強為E、方向水平向右.已知帶電粒子能夠沿直線穿過速度選擇器,從G點垂直MN進入偏轉磁場,該偏轉磁場是一個以直線MN為邊界、方向垂直紙面向外的勻強磁場.帶電粒子經偏轉磁場後,最終到達照相底片的H點.可測量出G、H間的距離為l.帶電粒子的重力可忽略不計.求
(1)粒子從加速電場*出時速度ν的大小.
(2)粒子速度選擇器中勻強磁場的磁感強度B1的大小和方向.
(3)偏轉磁場的磁感強度B2的大小.
【回答】
考點: 質譜儀和迴旋加速器的工作原理.
專題: 帶電粒子在磁場中的運動專題.
分析: (1)粒子在電場中運動只有電場力做功,根據動能定理可以求得粒子從加速電場*出時速度v的大小;
(2)帶電的粒子在速度選擇器中做勻速直線運動,説明粒子受力平衡,根據粒子的受力狀態可以求得速度選擇器中勻強磁場的磁感應強度B1的大小;
(3)粒子在磁場中做勻速圓周運動,根據粒子在磁場中運動的半徑公式可以求得偏轉磁場的磁感應強度B2的大小.
解答: 解:(1)粒子在電場中運動只有電場力做功,
根據動能定理可得,
qU= mv2
可以求得粒子從加速電場*出時速度v的大小v為,
v=;
(2)粒子在速度選擇器中受力平衡,
所以qE=qvB1,
所以磁感應強度B1的大小為
B1==E,
根據左手定則可知,磁感強度B1的方向垂直紙面向外;
(3)粒子垂直進入磁場,做圓周運動,半徑的大小為 L,
所以qvB2=m
即L=,
所以B2=.
答:(1)粒子從加速電場*出時速度ν的大小;
(2)粒子速度選擇器中勻強磁場的磁感強度B1的大小E和方向向外.
(3)偏轉磁場的磁感強度B2的大小.
點評: 粒子在速度選擇器中的運動可以分為勻加速直線運動、勻速運動和勻速圓周運動,根據不同階段的運動的特點來分類解決.
知識點:安培力與洛倫茲力單元測試
題型:計算題