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

有两种质谱仪:第一种如图甲所示,带电粒子从靠近极板的$O$点由静止释放,经过加速电场(板间电压为$U_{0}$、板间距为$d$)加速后,进入磁感应强度大小为$B_{1}$的匀强磁场中做匀速圆周运动;第二种如图乙所示,有一定初速度的带电粒子经过速度选择器(板间电压为$U_{0}$、板间距为$d$、磁感应强度大小为$B_{0}$)后,进入磁感应强度大小为$B_{1}$的匀强磁场中做匀速圆周运动。若粒子中同时含有$\rm _{1}^{1}H$$\rm _{1}^{2}H$,且两种质谱仪中$\rm _{1}^{1}H$做圆周运动的半径相同,下列说法正确的是$(\qquad)$

["

图乙中粒子的初速度大小为$\\dfrac{U_{0}}{B_{0}}$

","

$\\rm _{1}^{1}H$的比荷可表示为$\\dfrac{U_{0}}{2B_{0}^{2}d^{2}}$

","

两种质谱仪中$\\rm _{1}^{2}H$做圆周运动的半径相同

","

图甲中$\\rm _{1}^{2}H$做圆周运动的半径比图乙中$\\rm _{1}^{2}H$做圆周运动的半径大

"]
[["B"]]

$\rm A$.图乙中粒子能直线通过速度选择器,则$qB_{0}v=q\dfrac{U_{0}}{d}$

解得初速度大小为$v=\dfrac{U_{0}}{B_{0}d}$,选项$\rm A$错误;

$\rm B$.设$\rm _{1}^{1}H$的质量为$m$电量为$q$,因两种质谱仪中$\rm _{1}^{1}H$做圆周运动的半径相同,可知进入磁场后的速度相同,则由$U_{0}q=\dfrac{1}{2}mv^{2}$

其中的$v=\dfrac{U_{0}}{B_{0}d}$

可得$\dfrac{q}{m}=\dfrac{U_{0}}{2B_{0}^{2}d^{2}}$,选项$\rm B$正确;

$\rm CD$$\rm _{1}^{2}H$的质量$2m$,电量为$q$,则甲图中质谱仪中$\rm _{1}^{2}H$,由$U_{0}q=\dfrac{1}{2}\cdot2mv'^{2}$

以及$qv'B_{1}=2m\dfrac{v^{'2}}{r_{1}}$

解得$r_{1}=\dfrac{2}{B_{1}}\sqrt{\dfrac{U_{0}m}{q}}=\dfrac{2\sqrt{2}B_{0}d}{B_{1}}$

乙图中质谱仪中$\rm _{1}^{2}H$$v=\dfrac{U_{0}}{B_{0}d}$

以及$qvB_{1}=2m\dfrac{v^{2}}{r_{2}}$

解得$r_{2}=\dfrac{2mU_{0}}{B_{0}B_{1}qd}=\dfrac{4B_{0}d}{B_{1}}$

则两种质谱仪中$\rm _{1}^{2}H$做圆周运动的半径不相同,图甲中$\rm _{1}^{2}H$做圆周运动的半径比图乙中$\rm _{1}^{2}H$做圆周运动的半径小,选项$\rm CD$错误。

故选:$\rm B$

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