稿件来源:高途
| 洛伦兹力题目答案及解析如下,仅供参考!
选修3-1
第三章 磁场
3.5 运动电荷在磁场中受到的力
洛伦兹力
如图所示为一质谱仪的工作原理示意图,其中速度选择器内的磁场磁感应强度大小为$B_{1}$、方向垂直纸面向里,两竖直放置极板之间存在一定的电势差,板间距离为$d$。$O$处为一粒子源,发射一带正电粒子以速度$v$恰能沿直线通过速度选择器,并从$A$孔垂直于磁场方向射入磁感应强度大小为$B_{2}$、方向垂直纸面向外的匀强磁场中,运动半周后打在照相底片上的$C$点,测得$AC$长度为$L$。不计粒子重力,求:

速度选择器两极板间的电势差$U$;
$U=dvB_{1}$;
"]]根据平衡可知$qvB_{1}=qE$
且有$E=\dfrac{U}{d}$
解得$U=dvB_{1}$;
粒子的比荷及其在$B_{2}$磁场中的运动时间;
$\\dfrac{q}{m}=\\dfrac{2v}{B_{2}L}$,$t=\\dfrac{\\pi L}{2v}$;
"]]由图可知$L=2R$
根据洛伦兹力提供向心力$qvB_{2}=\dfrac{mv^{2}}{R}$
解得$\dfrac{q}{m}=\dfrac{2v}{B_{2}L}$
根据
$l=\pi R$,$t=\dfrac{l}{v}$
解得$t=\dfrac{\pi L}{2v}$;
该粒子有一种同位素,质量是该粒子的$\dfrac{7}{6}$倍,两种粒子带电量相同。从$O$处连续射出多个这两种粒子,速度范围均为$0.9v ∼ 1.2v$,粒子之间作用力忽略不计,若撤去速度选择器,求照相底片上两种粒子落点重叠区域的宽度。
$0.15L$。
"]]撤去速度选择器,对该粒子$qv_{1}B_{2}=\dfrac{mv_{1}^{2}}{R_{1}}$,$L_{1}=2R_{1}$
解得$L_{1}=\dfrac{2mv_{1}}{qB_{2}}$
由$v_{1}$的速度范围为$0.9v ∼ 1.2v$,解得$L_{1}$范围为$0.9L ∼ 1.2L$,对同位素粒子
$qv_{2}B_{2}=\dfrac{m'v_{2}^{2}}{R_{2}}$,$L_{2}=2R_{2}$,$\dfrac{m'}{m}=\dfrac{7}{6}$
解得$L_{2}=\dfrac{7mv_{2}}{3qB_{2}}$
由$v_{2}$的速度范围也为$0.9v ∼ 1.2v$,解得$L_{2}$范围为$1.05L ∼ 1.4L$,所以$\Delta L=L_{1\max } − L_{2\min }$
可得$\Delta L=1.2L − 1.05L=0.15L$。
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