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

如图所示,两水平金属板构成的器件中,存在着匀强电场和匀强磁场,电场强度$E$和磁感应强度$B$相互垂直。一带正电粒子以某一水平速度$v$$P$点射入,恰好能沿直线运动从$Q$点射出,不计带电粒子的重力。下列说法正确的是$(\qquad)$

["

粒子的速度大小满足$v=\\dfrac{B}{E}$

","

如只增加粒子电量,粒子将向上偏

","

如只增加粒子速率,粒子将向上偏

","

若粒子以速度$v$$Q$点水平向左射入,能沿直线运动从$P$点射出

"]
[["C"]]

$\rm A$.带正电粒子射入该器件中恰好能沿直线运动则有$qvB=qE$

解得$v=\dfrac{E}{B}$,故$\rm A$错误;

$\rm BC$.根据$\rm A$项分析,洛伦兹力与电场力平衡与电量大小无关,如只增加粒子电量,粒子仍将沿直线运动,如只增加粒子速率,粒子受到向上的洛伦兹力将大于电场力,向上偏,故$\rm B$错误,$\rm C$正确;

$\rm D$.若粒子以速度$v$$Q$点水平向左射入,受到的洛伦兹力和电场力都向下,故不能能沿直线运动从$P$点射出,故$\rm D$错误。

故选:$\rm C$

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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、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。处为一粒子源,发射一带正电粒子以速度恰能沿直线通过速度选择器,并从孔垂直于磁场方向射入磁感应强度大小为、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点,测得长度为。不计粒子重力,求: 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
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