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如图所示为一种质谱仪的示意图,它由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.磁分析器中...

如图所示为一种质谱仪的示意图,它由加速电场、静电分析器和磁分析器组成.磁分析器中有垂直纸面向外的匀强磁场,磁感应强度为B.带电粒子在辐向电场中运动时,受到的电场力大小处处相等,方向始终指向圆心O.有一个所带电荷量为q质量为m的离子,从加速电场的A处由静止开始,经加速电场加速后,以一定的速度进入静电分析器并沿图中圆弧虚线运动,在P点离开静电分析器进入磁分析器,最终打在乳胶片上的Q点.不计离子重力.若已知加速电场的电势差为U,静电分析器通道的半径为R,圆心在O处.求:
(1)离子进入静电分析器时速度的大小v;
(2)均匀辐向电场的场强E;
(3)PQ之间的距离L.

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(1)对离子在电场中加速运动,根据动能定理,即可求解; (2)根据牛顿第二定律,由电场力提供向心力,做匀速圆周运动,即可求解; (3)由洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,结合几何关系,从而即可求解. 【解析】 (1)对带电离子,电场力做正功,离子动能增加, 由动能定理得qU=mv2…① 解得离子进入静电分析器时速度的大小 v=…② (2)离子以速度v在静电分析器中做匀速圆周运动,电场力提供向心力, 由牛顿第二定律得qE=…③ 联立解得均匀辐向电场的场强E= …④ (3)离子从P点进入磁分析器后,在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛仑兹力提供向心力, 由牛顿第二定律得qvB=…⑤ PQ之间的距离L=2r  …⑥ 联立解得L=…⑦ 答:(1)离子进入静电分析器时速度的大小; (2)均匀辐向电场的场强; (3)PQ之间的距离.
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考点分析:
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(1)在“验证机械能守恒定律”的实验中,打点计时器接在电压为E,频率为f,的交流电源上,在实验中打下一条理想纸带,如图1所示,选取纸带上打出的连续5个点A、B、C、D、E,测出A点距起始点的距离为s,点AC间的距离为s1,点CE间的距离为s2,已知重锤的质量为m,当地的重力加速度为g,则:
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①从起始点O到打下C点的过程中,重锤重力势能的减少量为△EP=______,重锤动能的增加量为△EK______
②根据题中提供的条件,可求出重锤实际下落的加速度a=______,它和当地的重力加速度g进行比较,则a______g(填大于,等于,小于).
(2)如图2给出器材为:电源E(电动势为12V,内阻不计),木板N(板上从下往上依次叠放白纸、复写纸、导电纸各一张),两个金属条A、B(平行放置在导电纸上,与导电纸接触良好,用作电极),滑线变阻器R(其总阻值小于两平行电极间导电纸的电阻),直流电压表manfen5.com 满分网(量程为6V,内阻很大,其负接线柱与B极相连,正接线柱与探针P相连),开关K.现要用图中仪器描绘两平行金属条AB间电场中的等势线.AB间的电压要求取为6V.
(Ⅰ)在图2中连线,画成实验电路原理图.
(Ⅱ)下面是主要的实验操作步骤,将所缺的内容填写在横线上方.
a.接好实验电路.
b.______
c.合上K,并将探针P与A相接触.
d.______
e.用探针压印的方法把A、B的位置标记在白纸上.画一线段连接AB两极,在连线上选取间距大致相等的5个点作为基准点,用探针把它们的位置印在白纸上.
f.将探针与某一基准点相接触,______,这一点是此基准的等势点.用探针把这一点的位置也压印在白纸上.用相同的方法找出此基准点的其它等势点.
g.重复步骤f,找出其它4个基准点的等势点.取出白纸画出各条等势线.
(3)如图3是多用表的刻度盘,当选用量程为50mA的电流档测量电流时,表针指于图示位置,则所测电流为______mA;若选用倍率为“×100”的电阻档测电阻时,表针也指示在图示同一位置,则所测电阻的阻值为______Ω.如果要用此多用表测量一个约2.0×104Ω的电阻,为了使测量比较精确,应选的欧姆档是______(选填“×10”、“×100”或“×1K”).换档结束后,实验操作上首先要进行的步骤是______
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A.该电场可能是匀强电场
B.M点的电势高于N点的电势
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A.v3>v1>v2
B.v2>v3>v1
C.v3>v2>v1
D.v1>v2>v3
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试题属性
  • 题型:解答题
  • 难度:中等

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