【題目】一臺(tái)質(zhì)譜儀的工作原理如圖所示.大量的甲、乙兩種離子飄入電壓力為U0的加速電場(chǎng),其初速度幾乎為0,經(jīng)過(guò)加速后,通過(guò)寬為L(zhǎng)的狹縫MN沿著與磁場(chǎng)垂直的方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中,最后打到照相底片上.已知甲、乙兩種離子的電荷量均為+q,質(zhì)量分別為2m和m,圖中虛線為經(jīng)過(guò)狹縫左、右邊界M、N的甲種離子的運(yùn)動(dòng)軌跡.不考慮離子間的相互作用.

(1)求甲種離子打在底片上的位置到N點(diǎn)的最小距離x;
(2)在答題卡的圖中用斜線標(biāo)出磁場(chǎng)中甲種離子經(jīng)過(guò)的區(qū)域,并求該區(qū)域最窄處的寬度d;
(3)若考慮加速電壓有波動(dòng),在(U0﹣△U)到(U0+△U)之間變化,要使甲、乙兩種離子在底片上沒有重疊,求狹縫寬度L滿足的條件.

【答案】
(1)

設(shè)甲種離子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑為r1

電場(chǎng)加速由動(dòng)能定理得 再由

解得

根據(jù)幾何關(guān)系x=2r1﹣L

解得

答:甲種離子打在底片上的位置到N點(diǎn)的最小距離x為 ;


(2)

最窄處位于過(guò)兩虛線交點(diǎn)的垂線上

解得

答:在答題卡的圖中用斜線標(biāo)出磁場(chǎng)中甲種離子經(jīng)過(guò)的區(qū)域如上圖所示,該區(qū)域最窄處的寬度d為 ;


(3)

設(shè)乙種離子在磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)半徑為

的最小半徑

的最大半徑

由題意知 ,即 >L

解得L< [2 ]

答:若考慮加速電壓有波動(dòng),在(U0﹣△U)到(U0+△U)之間變化,要使甲、乙兩種離子在底片上沒有重疊,狹縫寬度L滿足的條件

L< [2 ]


【解析】(1)從M進(jìn)入磁場(chǎng)的粒子打在底片上的位置到N點(diǎn)距離最小,由動(dòng)能定理求出粒子進(jìn)入磁場(chǎng)的速度,根據(jù)洛倫茲力提供向心力求出軌道半徑,由幾何關(guān)系即可求解甲種離子打在底片上的位置到N點(diǎn)的最小距離x;
(2)就是將一個(gè)虛線半圓平移到另一個(gè)虛線半圓,最窄處位于過(guò)兩虛線交點(diǎn)的垂線上,把兩個(gè)虛線圓心找到,并連接兩圓的最高點(diǎn),兩個(gè)圓的最高點(diǎn)的距離為L(zhǎng),根據(jù)幾何關(guān)系求解;
(3)從M點(diǎn)射進(jìn)磁場(chǎng)的最慢甲種離子即加速電壓最小時(shí)到底片的距離,比從N點(diǎn)射入得最快的乙種離子即加速電壓最大時(shí)到達(dá)底片的距離要大L,兩軌跡的直徑相差為L(zhǎng),列式即可求解;

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】1821年,德國(guó)物理學(xué)家塞貝克發(fā)現(xiàn)了一種怪現(xiàn)象:把兩根銅絲和一根鐵絲與靈敏電流計(jì)串聯(lián)成閉合電路,然后把銅鐵絲的一個(gè)聯(lián)接點(diǎn)放在盛有冰水混合物的容器里保持低溫,另一個(gè)聯(lián)接點(diǎn)放在火焰上加熱,升到很高的溫度時(shí),發(fā)現(xiàn)靈敏電流計(jì)的指針發(fā)生了偏轉(zhuǎn),表明閉合電路中產(chǎn)生了電流,這就是溫差發(fā)電現(xiàn)象.問:這一實(shí)驗(yàn)是否違反熱力學(xué)第二定律?簡(jiǎn)述這一過(guò)程中能的轉(zhuǎn)化情況.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】回答下列問題:
(1)某同學(xué)進(jìn)行“用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度”實(shí)驗(yàn)時(shí),打點(diǎn)計(jì)時(shí)器采用(選填交流或直流)電源,實(shí)驗(yàn)操作中,即可打出了一條紙帶
A.應(yīng)先接通電源,在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始打點(diǎn)后再拉動(dòng)紙帶
B.應(yīng)拉動(dòng)紙帶,再接通電源打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始打點(diǎn)
C.拉動(dòng)紙帶,同時(shí)通電源打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始打點(diǎn)
D.先拉動(dòng)紙帶或先接通電源打點(diǎn)計(jì)時(shí)器開始打點(diǎn)都可以
(2)把紙帶的下端固定在重物上,上端用手提著,紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器.接通電源后將紙帶釋放,重物便拉著紙帶下落,紙帶被打出一系列點(diǎn),其中有一段如圖所示.如下圖所示的紙帶,則與重物相連的一端是(填“左端”或“右端”).

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,交流發(fā)電機(jī)E,通過(guò)理想升壓變壓器T1、降壓變壓器T2向遠(yuǎn)處用戶供電,輸電線的總電阻為R.其中U1、U3和P1、P3為T1、T2的輸入電壓和輸入功率,U2、U4和P2、P4為T1、T2的輸出電壓和輸出功率.設(shè)U1一定,則在正常工作情況下有( )

A.U1>U2
B.U2>U3
C.P3=P4
D.P1>P4

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖所示,兩條相距d的平行金屬導(dǎo)軌位于同一水平面內(nèi),其右端接一阻值為R的電阻.質(zhì)量為m的金屬桿靜置在導(dǎo)軌上,其左側(cè)的矩形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域MNPQ的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向豎直向下.當(dāng)該磁場(chǎng)區(qū)域以速度v0勻速地向右掃過(guò)金屬桿后,金屬桿的速度變?yōu)関.導(dǎo)軌和金屬桿的電阻不計(jì),導(dǎo)軌光滑且足夠長(zhǎng),桿在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中始終與導(dǎo)軌垂直且兩端與導(dǎo)軌保持良好接觸.求:

(1)MN剛掃過(guò)金屬桿時(shí),桿中感應(yīng)電流的大小I;
(2)MN剛掃過(guò)金屬桿時(shí),桿的加速度大小a;
(3)PQ剛要離開金屬桿時(shí),感應(yīng)電流的功率P.

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖,在方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中有一U形金屬導(dǎo)軌,導(dǎo)軌平面與磁場(chǎng)垂直.金屬桿PQ置于導(dǎo)軌上并與導(dǎo)軌形成閉合回路PQRS,一圓環(huán)形金屬框T位于回路圍成的區(qū)域內(nèi),線框與導(dǎo)軌共面.現(xiàn)讓金屬桿PQ突然向右運(yùn)動(dòng),在運(yùn)動(dòng)開始的瞬間,關(guān)于感應(yīng)電流的方向,下列說(shuō)法正確的是( 。

A.PQRS中沿順時(shí)針方向,T中沿逆時(shí)針方向
B.PQRS中沿順時(shí)針方向,T中沿順時(shí)針方向
C.PQRS中沿逆時(shí)針方向,T中沿逆時(shí)針方向
D.PQRS中沿逆時(shí)針方向,T中沿順時(shí)針方向

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】一根輕質(zhì)彈性繩的兩端分別固定在水平天花板上相距80cm的兩點(diǎn)上,彈性繩的原長(zhǎng)也為80cm.將一鉤碼掛在彈性繩的中點(diǎn),平衡時(shí)彈性繩的總長(zhǎng)度為100cm;再將彈性繩的兩端緩慢移至天花板上的同一點(diǎn),則彈性繩的總長(zhǎng)度變?yōu)椋◤椥岳K的伸長(zhǎng)始終處于彈性限度內(nèi))( 。
A.86cm
B.92cm
C.98cm
D.104cm

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】關(guān)于合力,下列說(shuō)法正確的是( 。

A.合力就是分力大小的代數(shù)和B.合力就是分力的矢量和

C.合力和分力是同時(shí)存在的D.合力和分力無(wú)任何關(guān)系

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:

【題目】如圖,將質(zhì)量m=2kg的圓環(huán)套在與水平面成θ=37°角的足夠長(zhǎng)直桿上,直桿固定不動(dòng),環(huán)的直徑略大于桿的截面直徑,桿上依次有三點(diǎn)A、B、CsAB=8m , sBC=0.6m , 環(huán)與桿間動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.5,對(duì)環(huán)施加一個(gè)與桿成37°斜向上的拉力F , 使環(huán)從A點(diǎn)由靜止開始沿桿向上運(yùn)動(dòng),已知t=4s時(shí)環(huán)到達(dá)B點(diǎn).試求:(重力加速度g=l0m/s2 , sin37°=0.6,cos37°=0.8)

(1)F的大小.
(2)若到達(dá)B點(diǎn)時(shí)撤去力F , 則環(huán)到達(dá)C點(diǎn)所用的時(shí)間.

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊(cè)答案