高中 | 速度选择器 题目答案及解析

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选修3-1

第三章 磁场

3.6 带电粒子在匀强磁场中的运动

速度选择器

图示的装置中,电场强度$E$和磁感应强度$B$垂直,这种装置叫速度选择器。若一电子恰能沿虚线从左向右运动。下列和电子速率相同的哪种粒子沿虚线射入,不能沿虚线运动$(\qquad)$

["

从左向右运动的质子

","

从右向左运动的质子

","

从左向右运动的中子

","

从右向左运动的中子

"]
[["B"]]

$\rm A$.根据题意,电子从左向右进入速度选择器,所受电场力竖直向上,而根据左手定则可知,所受洛伦兹力竖直向下,电场力与洛伦兹力平衡,有$Ee=Bev$

因此电子才能沿虚线做匀速直线运动,而当质子从从左向右进入速度选择器,所受电场力竖直向下,而根据左手定则可知,所受洛伦兹力竖直向上,满足$Ee=Bev$

其电场力与洛伦兹力方向相反,能够达到平衡状态,可以在速度选择器中做匀速直线运动,故$\rm A$正确,不符合题意;

$\rm B$.而当质子从右向左进入速度选择器,所受电场力竖直向下,而根据左手定则可知,所受洛伦兹力也竖直向下,不能达到平衡状态,因此不能沿虚线运动,故$\rm B$错误,符合题意;

$\rm CD$.由于中子不带电,进入速度选择器中既不受电场力也不受洛伦兹力,因此可以沿虚线运动,故$\rm CD$正确,不符合题意。

故选:$\rm B$

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质谱仪是由离子室、加速电场、速度选择器和分离器四部分组成的。已知速度选择器的两极板间的匀强电场的电场强度大小为,匀强磁场的磁感应强度大小为、方向垂直纸面向里,分离器中匀强磁场的磁感应强度大小为,方向垂直纸面向外。离子室内充有大量氢的同位素氕、氘、氚,它们以不同的速度经加速电场加速后,从速度选择器两极板间的中点平行于极板进入,部分粒子沿直线通过小孔后进入分离器的偏转磁场中,最后在底片上形成了对应于氕、氘、氚三种离子的三个感光点、、,测得到点的距离为。不计离子所受的重力及它们之间的相互作用。求: 质谱仪工作原理如图所示,它由加速电场、速度选择器和偏转磁场三部分组成。速度选择器中电场强度为;偏转磁场的磁感应强度为、方向垂直纸面向外。质量为、电荷量为的粒子经过加速电场加速后,垂直进入速度选择器,且刚好沿直线运动,并从进入偏转磁场做圆周运动,打在照相底片上,测得其直径为。不计粒子的重力和粒子间的相互作用力。 如图()所示是一种质谱仪的原理图,和两板间有相互垂直的匀强电场和匀强磁场,两板间电压,两板间距,板间磁场的磁感应强度,下方区域存在另一磁感应强度的匀强磁场。带电粒子沿和板间的中心线从小孔进入该装置,后经狭缝以某一速度垂直进入下方磁场,最后打到照相底片上。某一次实验中入射大量氢离子,已知氢离子的质量为,电荷量为,其重力忽略不计,设中子和质子质量相同。求: 如图所示,下列说法正确的是 如图,带等量正电荷的、两种粒子,以几乎为的初速度从飘入电势差为的加速电场,经加速后从点沿水平方向进入速度选择器(简称选择器)。选择器中有竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场。当选择器的电场强度大小为,磁感应强度大小为,右端开口宽度为时,粒子沿轴线穿过选择器后,沿水平方向进入磁感应强度大小为、方向垂直纸面向外的匀强磁场(偏转磁场),并最终打在探测器上;粒子以与水平方向夹角为的速度从开口的下边缘进入偏转磁场,并与粒子打在同一位置,忽略粒子重力和粒子间的相互作用及边界效应,则 磁屏蔽技术可以降低外界磁场对屏蔽区域的干扰。如图所示,区域存在垂直平面向里的匀强磁场,其磁感应强度大小为(未知)。第一象限内存在边长为的正方形磁屏蔽区,经磁屏蔽后,该区域内的匀强磁场方向仍垂直平面向里,其磁感应强度大小为(未知),但满足。某质量为、电荷量为的带电粒子通过速度选择器后,在平面内垂直轴射入区域,经磁场偏转后刚好从中点垂直射入磁屏蔽区域。速度选择器两极板间电压、间距、内部磁感应强度大小已知,不考虑该粒子的重力。
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