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质谱仪的原理图如图甲所示.带负电粒子从静止开始经过电势差为U的电场加速后,从G点...

质谱仪的原理图如图甲所示.带负电粒子从静止开始经过电势差为U的电场加速后,从G点垂直于MN进入偏转磁场,该偏转磁场是一个以直线MN为上边界方向垂直于纸面向里的匀强磁场,磁场的磁感应强度为B,带电粒子经偏转磁场后,最终到达照片底片上的H点,测得G、H间的距离为d,粒子的重力可忽略不计.
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(1)设粒子的电荷量为q,质量为m,试证明该粒子的比荷为:manfen5.com 满分网
(2)若偏转磁场的区域为圆形,且与MN相切于G点,如图乙所示,其它条件不变,要保证上述粒子从G点垂直于MN进入偏转磁场后不能打到MN边界上(MN足够长),求磁场区域的半径应满足的条件.
(1)带电粒子在电场中加速过程中,电场力做正功,根据动能定理求出粒子得到的速度.粒子进入磁场后做匀速圆周运动,由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律求出半径的表达式.由题,G、H间的距离为d,则粒子的直径等于d.联立证明. (2)要保证所有粒子都不能打到MN边界上,粒子在磁场中偏转角度应小于或等于90°.研究偏转角度恰好等于90°的情况,粒子射出磁场后速度与MN边界平行,由几何关系求出磁场区域半径. 【解析】 (1)粒子经过电场加速,进入偏转磁场时速度为v, 有…① 进入磁场后做圆周运动,设轨道半径为r,则有:…② 打到H点则:…③ 解①②③得: (2)要保证所有粒子都不能打到MN边界上,粒子在磁场中偏转角度应小于或等于90°,偏转角度恰好等于90°的情况,如图所示,此时磁场区半径: 所以,磁场区域半径应满足的条件为: 答:(1)证明见上. (2)磁场区域的半径应满足的条件是.
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考点分析:
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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