质谱仪的工作原理图如图所示,A为粒子加速器,加速电压为U1:M为速度选择器,两板问有相互垂直的匀强磁场和匀强电场,匀强磁场的磁感应强度为B,两板间距离为d;N为偏转分离器

◎ 题目

质谱仪的工作原理图如图所示,A为粒子加速器,加速电压为U1:M为速度选择器,两板问有相互垂直的匀强磁场和匀强电场,匀强磁场的磁感应强度为B,两板间距离为d;N为偏转分离器,内部有与纸面垂直的匀强磁场,磁感应强度为B2.一质量为m,电荷量为q的带正电的粒子由静止经加速器加速后,恰能通过速度选择器,进入分离器后做圆周运动,并打到感光板P上.不计重力,求:
(1)粒子经粒子加速器A加速后的速度”的大小及速度选择器肘两板间的电压U2
(2)粒子在偏转分离器Ⅳ的磁场中做圆周运动的半径尺:
(3)某同学提出:在其它条件不变的情况下,只减小加速电压U.,就可以使粒子在偏转分离器Ⅳ的磁场中做圆周运动的半径减小,试分析他的说法是否正确.
魔方格

◎ 答案

(1)带电粒子在A中电场力对它做功,由动能定理得:
qU1=
1
2
mv2
带电粒子在M中水平方向受电场力和洛伦兹力,有:
q
U2
d
=qvB1
可得:v=

2qU1
m

U2=B1d

2qU1
m

(2)带电粒子在N中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力
qvB2=m
v2
R

可得:R=

2U1m
q
B22

(3)不正确,在其它条件不变的情况下,只减小加速电压U,会减小进入速度选择器的速度,粒子所受电场力就不等于洛伦兹力,粒子无法通过速度选择器进入偏转分离器.
答:(1)粒子经粒子加速器A加速后的速度的大小是

2qU1
m
,速度选择器两板间的电压为B1d

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