Question

13．如圖為質(zhì)譜儀的工作原理圖，帶電粒子被加速電場(chǎng)加速后先進(jìn)入速度選擇器（速度選擇器內(nèi)有相互正交的勻強(qiáng)磁場(chǎng)和勻強(qiáng)電場(chǎng)，其電場(chǎng)強(qiáng)度為E，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B），再穿過平板S上的狹縫P進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B₀的偏轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，最后打在膠片A₁A₂上．
（1）粒子帶何種電荷？
（2）速度選擇器中的磁場(chǎng)B的方向如何？
（3）能通過狹縫P的帶電粒子的速率？
（4）在磁場(chǎng)B₀中，粒子打在膠片上的位置離狹縫P距離為d，求粒子的荷質(zhì)比$\frac{q}{m}$．

Answer 1

分析 帶電粒子經(jīng)加速后進(jìn)入速度選擇器，速度為v=$\frac{E}{B}$ 粒子可通過選擇器，然后進(jìn)入B₀，打在S板的不同位置，根據(jù)粒子在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中的圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡，運(yùn)用左手定則可以判斷粒子帶正電還是負(fù)電，以及速度選擇器中的磁場(chǎng)的方向．

解答 解：（1）、粒子垂直磁場(chǎng)向下進(jìn)入磁場(chǎng)，根據(jù)左手定則可知，粒子帶正電，
（2）、粒子帶正電，則受電場(chǎng)力向右，由左手定則可判斷磁場(chǎng)方向垂直直面向外，
（3）、由qE=qvB，得v=$\frac{E}{B}$，此時(shí)離子受力平衡，可沿直線穿過選擇器，
（4）、由$\frac{q}{m}$=$\frac{v}{{B}_{0}R}$=$\frac{2v}{{B}_{0}d}$=$\frac{2E}{B{B}_{0}d}$，知R越小，荷質(zhì)比越大，
答：（1）粒子帶正電荷；
（2）速度選擇器中的磁場(chǎng)B的方向垂直向外；
（3）能通過狹縫P的帶電粒子的速率$\frac{E}{B}$；
（4）粒子的荷質(zhì)比$\frac{2E}{B{B}_{0}d}$．

點(diǎn)評(píng) 質(zhì)譜儀工作原理應(yīng)采取分段分析的方法，即粒子加速階段、速度選擇階段、在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)階段．