满分5 > 高中物理试题 >

现代科学仪器常利用电场、磁场控制带电粒子的运动,某装置可用于气体中某些有害离子的...

现代科学仪器常利用电场、磁场控制带电粒子的运动,某装置可用于气体中某些有害离子的收集,如图甲所示,Ⅰ区为加速区,Ⅱ区为离子收集区,其原理是通过板间的电场或磁场使离子偏转并吸附到极板上,达到收集的目的.已知金属极板CEDF长均为d,间距也为dABCD间的电势差为U,假设质量为m、电荷量为q的大量正离子在AB极均匀分布.离子由静止开始加速进入收集Ⅱ区域,Ⅱ区域板间有匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场,离子恰好沿直线通过Ⅱ区域;且只撤去电场时,恰好无离子从Ⅱ区域间射出,收集效率(打在极板上的离子占离子总数的百分比)100%(不考虑离子间的相互作用力、重力和极板边缘效应)

(1)求离子到达Ⅱ区域时的速度大小;

(2)求Ⅱ区域磁感应强度B的大小;

(3)若撤去Ⅱ区域磁场,只保留原来的电场,则装置的收集效率是多少?

(4)现撤去Ⅱ区域的电场,保留磁场但磁感应强度大小可调.假设AB极上有两种正离子,质量分别为m1m2,且m1≤4m2,电荷量均为q1.现将两种离子完全分离,同时收集更多的离子,需在CD边上放置一探测板CP(离子必须打在探测板上),如图乙所示.在探测板下端留有狭缝PD,离子只能通过狭缝进入磁场进行分离,试求狭缝PD宽度的最大值。

 

(1) (2) (3)50%(4) 【解析】 (1)离子在Ⅰ区域以初速度0开始加速,由动能定理: qU=mv2 可得v=. (2)Ⅱ区域只撤去电场时,沿DF极板进入的离子恰好不从极板射出,确定圆心,离子在磁场中的半径r=d,如图所示. 磁场中洛伦兹力提供向心力: qvB=m B=. (3)电场、磁场同时存在时,离子直线通过Ⅱ区域,满足: qE=qvB 撤去磁场以后离子在电场力作用下做类平抛运动,假设进入Ⅱ区域时距离DF极板为y的离子恰好离开电场: 由平抛运动规律:y=at2 d=vt qE=ma 解得:y=0.5d 当y>0.5d时,离子运动到Ⅱ区域的右边界时仍位于DF极板的上方,因此离子会射出Ⅱ区域,即进入Ⅱ区域时到DF极板的距离为0.5d到d的离子会射出电场,则打在极板上的离子数占总数的百分比为 ×100%=50%. (4)设两离子在磁场中做圆周运动的半径为R1和R2,根据洛伦兹力提供向心力得 qvB=m 代入得:R1=,R2= 则半径关系为= 因为m1≤4m2,则有R1≤2R2,此时狭缝最大值x同时满足(如图所示) x=2R1-2R2 d=2R1+x 解得:x=d  
复制答案
考点分析:
相关试题推荐

如图所示,水平地面上方高为h=7.25m的区域内存在匀强磁场,ef为磁场的上水平边界。边长L=l.0m,质量m=0.5kg,电阻R=2.0Ω的正方形线框abcd从磁场上方某处自由释放,线框穿过磁场掉在地面上。线框在整个运动过程中始终处于竖直平面内,且ab边保持水平。以线框释放的时刻为计时起点,磁感应强度B随时间t的变化情况如B-t图象,已知线框ab边进入磁场刚好能匀速运动,g10m/s2。求:

1)线框进入磁场时匀速运动的速度v

2)线框从释放到落地的时间t

3)线框从释放到落地的整个过程中产生的焦耳热。

 

查看答案

用双缝干涉测光的波长的实验中,取双缝间距,双缝光屏间距离,用某种单色光照射双缝得到干涉图象如图,分划板在图中AB位置时游标卡尺读数如图,则图中A位置的游标卡尺读数为_______________mm 单色光的波长为_______________m(结果保留2位有效数字)。若测量头中的分划板中心刻线与干涉条纹不在同一方向上,如上图所示。通过装置中的拨杆的拨动_______________(填不能)把干涉条纹调成与分划板中心刻线同一方向上。

 

查看答案

实验最基本的特点是控制和测量,探究单摆周期与摆长的关系的实验中,为使小球的摆动尽量符合简谐运动,下面关于本实验的控制和测量必要的是______

A.摆球密度稍大一点

B摆角要尽量大

C测量周期时为了提高精度应该在最低点计时

D摆线可用轻且有弹性的细绳

 

查看答案

某同学设计出如图所示实验装置.将一质量为0.2 kg的小球(可视为质点)放置于水平弹射器内,压缩弹簧并锁定,此时小球恰好在弹射口,弹射口与水平面AB相切于A点,AB为粗糙水平面,小球与水平面间动摩擦因数μ=0.5,弹射器可沿水平方向左右移动;BC为一段光滑圆弧轨道.(O′为圆心,半径R=0.5 mO'CO′B之间夹角为θ=37°,以C为原点,在C的右侧空间建立竖直平面内的坐标xOy,在该平面内有一水平放置开口向左且直径稍大于小球的接收器Dsin37°=0.6cos37°=0.8

1)某次实验中该同学使弹射口距离BL1 =1.6 m处固定,解开锁定释放小球,小球刚好到达C处,求弹射器释放的弹性势能;

2)把小球放回弹射器原处并锁定,将弹射器水平向右移动至离BL2=0.8 m处固定弹射器并解开锁定释放小球,小球将从C处射出,恰好水平进入接收器D,求D处坐标;

3)每次小球放回弹射器原处并锁定,水平移动弹射器固定于不同位置释放小球,要求小球从C处飞出恰好水平进入接收器D,求D位置坐标yx的函数关系式.

 

查看答案

如图所示,水平地面AB长为20 mBC部分为减速缓冲区,地面由特殊材料铺设而成,在地面A端放上质量m5 kg的箱子(可视为质点),并给箱子持续施加水平方向F28 N推力后,箱子由静止开始运动.已知箱子与AB地面间的动摩擦因数μ10.4,重力加速度g10 m/s2.

(1)求箱子由A运动到B过程的加速度大小;

(2)求箱子由A运动到B所用的时间;

(3)若箱子与BC间的动摩擦因数μ20.40.1L(式中L为箱子在BC面上所处的位置离B端的距离),则箱子沿水平面运动到距离B点多远时速度最大?

 

查看答案
试题属性

Copyright @ 2008-2019 满分5 学习网 ManFen5.COM. All Rights Reserved.