（16分）如圖所示，S粒子源能夠產(chǎn)生大量的質(zhì)量為m、電荷量為+q的粒子（重力不計）。粒子從O1孔進(jìn)入一個水平方向的加速電場（初速不計），再經(jīng)小孔O2進(jìn)入相互正交的勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場區(qū)域，電場強(qiáng)度大小為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B1，方向如圖。虛線PQ、MN之間存在著水平向右的勻強(qiáng)磁場，磁場范圍足夠大，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B2。一塊折成直角的硬質(zhì)塑料片abc（不帶電，寬度、厚度都很小可以忽略不計）放置在PQ、MN之間，截面圖如圖，a、c兩點(diǎn)分別位于PQ、MN上，ab=bc=L，α= 45º。粒子能沿圖中虛線O2O3的延長線進(jìn)入PQ、MN之間的區(qū)域。

⑴求加速電壓U1；

⑵假設(shè)粒子與硬質(zhì)塑料板相碰后，速度大小不變，方向變化遵守光的反射定律，那么粒子與塑料片第一次相碰后到第二次相碰前做什么運(yùn)動？

⑶粒子在PQ、MN之間的區(qū)域中運(yùn)動的總時間t和總路程s分別是多少？

 

【答案】

(1)  

(2) 粒子碰到ab后以大小為v0的速度垂直磁場方向運(yùn)動，在洛侖茲作用下在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，轉(zhuǎn)過一周后達(dá)到ab的下部．

(3)   

【解析】

試題分析：（1）粒子在正交場中做勻速運(yùn)動，Eq=qv0B1，則,由動能定理得 qU1=得 ,即加速電壓為．

（2）粒子碰到ab后以大小為v0的速度垂直磁場方向運(yùn)動，在洛侖茲作用下在垂直于磁場的平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動，轉(zhuǎn)過一周后達(dá)到ab的下部．

（3）由和，得粒子在磁場中共碰板2次，做圓周運(yùn)動的時間為 t1=2T；粒子進(jìn)入磁場中，在水平方向的總位移s=L，經(jīng)歷時間為，因此粒子在PQ、MN之間的區(qū)域中運(yùn)動的總時間t=t1+t2=。粒子做圓周運(yùn)動的半徑為，因此總路程。

考點(diǎn)：動能定理的應(yīng)用；力的合成與分解的運(yùn)用；帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中的運(yùn)動；帶電粒子在混合場中的運(yùn)動．

 

練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：

質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造如圖所示．設(shè)離子源S產(chǎn)生離子，離子產(chǎn)生出來時速度很小，可以看作速度為零．產(chǎn)生的離子經(jīng)過電壓為U的電場加速后（圖中未畫出），進(jìn)入一平行板電容器C中，電場E和磁場B1相互垂直，具有某一速度的離子將沿圖中虛直線穿過兩板間的空間而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而具有其他速度的離子發(fā)生偏轉(zhuǎn)．最后離子再進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場，沿著半圓周運(yùn)動，到達(dá)記錄它的照相底片上的P點(diǎn)，根據(jù)以上材料回答下列問題：
（1）證明能穿過平行板電容器C的離子具有的速度v=
E
B1
；
（2）若測到P點(diǎn)到入口S1的距離為x，證明離子的質(zhì)量m=
qB22x2
8U
．

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科目：高中物理 來源：2012-2013學(xué)年江西省新干二中高二第一次段考物理試卷（帶解析） 題型：計算題

質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造如圖所示。設(shè)離子源S產(chǎn)生離子，離子產(chǎn)生出來時速度很小，可以看作速度為零。產(chǎn)生的離子經(jīng)過電壓為U的電場加速后（圖中未畫出），進(jìn)入一平行板電容器C中，電場E和磁場B1相互垂直，具有某一速度的離子將沿圖中虛直線穿過兩板間的空間而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而具有其他速度的離子發(fā)生偏轉(zhuǎn)。最后離子再進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場，沿著半圓周運(yùn)動，到達(dá)記錄它的照相底片上的P點(diǎn)，根據(jù)以上材料回答下列問題：

（1）證明能穿過平行板電容器C的離子具有的速度為v=E/B1
（2）若測到P點(diǎn)到入口S1的距離為x，證明離子的質(zhì)量m=qB22x2/8U

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科目：高中物理 來源：2014屆江西省高二第一次段考物理試卷（解析版） 題型：計算題

質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造如圖所示。設(shè)離子源S產(chǎn)生離子，離子產(chǎn)生出來時速度很小，可以看作速度為零。產(chǎn)生的離子經(jīng)過電壓為U的電場加速后（圖中未畫出），進(jìn)入一平行板電容器C中，電場E和磁場B1相互垂直，具有某一速度的離子將沿圖中虛直線穿過兩板間的空間而不發(fā)生偏轉(zhuǎn)，而具有其他速度的離子發(fā)生偏轉(zhuǎn)。最后離子再進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B2的勻強(qiáng)磁場，沿著半圓周運(yùn)動，到達(dá)記錄它的照相底片上的P點(diǎn)，根據(jù)以上材料回答下列問題：

（1）證明能穿過平行板電容器C的離子具有的速度為v=E/B1

（2）若測到P點(diǎn)到入口S1的距離為x ，證明離子的質(zhì)量m=qB22x2/8U

 

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科目：高中物理 來源： 題型：

（2013四川省宜賓市一診）質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要儀器，它的構(gòu)造原理如圖所示。從粒子源S處放出的速度大小不計、質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子，經(jīng)電勢差為U的加速電場加速后，垂直進(jìn)入一個磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場后到達(dá)記錄它的照相底片P上。試問：

（1）若測得離子束流的電流為I，則在離子從S1處進(jìn)入磁場到達(dá)P的時間內(nèi)，射到照相底片P上的離子的數(shù)目為多少？

（2）若測得離子到達(dá)P上的位置到入口處S1的距離為a，且已知q、U、B，則離子的質(zhì)量m為多少？

（3）假如離子源能放出氕（H）、氘（H）、氚（H）三種離子，質(zhì)譜儀能夠?qū)⑺鼈兎珠_嗎？

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