- 质谱仪
- 共880题
如图所示是质谱仪工作原理的示意图,带电粒子a、b经电压U加速(在A点初速度为0)后,垂直进入磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面的匀强磁场中.粒子在磁场中做匀速圆周运动,最后分别打在感光板S上的x1、x2处.图中半圆形的虚线分别表示带电粒子a、b所通过的路径,不计带电粒子的重力.则( )
正确答案
解析
解:A、设粒子经电场加速后的速度大小为v,磁场中圆周运动的半径为r,电荷量和质量分别为q、m,打在感光板上的距离为S.
根据动能定理,得
qU=mv2
解得:v=
由qvB=m
解得:r==
则S=2r=
得到:=
由图,Sa<Sb,U、B相同,则>
,故D正确,AB错误;
C、根据周期公式T=,且由上分析可知,运动的时间小于b运动的时间,故C错误;
故选:D.
回旋加速器是利用较低电压的高频电源使粒子经多次加速获得巨大速度的一种仪器,工作原理如图,不考虑相对应效应,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、粒子在磁场中,由洛伦兹力提供向心力,故在磁场中做匀速圆周运动,故A正确;
B、C、由洛伦兹力提供向心力,有qvB=m,解得r=
,故周期T=
=
,T与速度大小无关,则粒子由A0运动到A1与粒子由A2运动到A3所用的时间都等于半个周期,时间相等,故B错误.
C、由r=,知粒子的轨道半径与它的速率成正比,故C正确.
D、qvB=m知末速度v=
,最大速度决定于粒子比荷和磁场B和D型盒的半径,与电压无关,根据E
知最大动能决定于粒子电荷和质量、磁场B、D型盒的半径,与电压无关,故D正确;
故选:ACD.
如果在示波器偏转电极XX′和YY′上都没加电压,电子束从金属板小孔射出后将沿直线运动,打在荧光屏上,在那里产生一个亮斑.如果在偏转电极XX′上不加电压,只在偏转电极YY′上加电压,电子在偏转电极YY′的电场中发生偏转,离开偏转电极YY′后沿直线前进,打在荧光屏上的亮斑在竖直方向发生位移y′,如图乙所示.
(1)设偏转电极YY′上的电压为U、板间距离为d,极板长为l1,偏转电极YY′到荧光屏的距离为l2.电子所带电量为e、质量为 m,以v0的速度垂直电场强度方向射入匀强电场,如图乙所示.试求y′=?
(2)设电子从阴极射出后,经加速电场加速,加速电压为U;从偏转电场中射出时的偏移量为y.在技术上我们把偏转电场内单位电压使电子产生的偏移量(即)称为示波管的灵敏度φ,试推导灵敏度的表达式,并提出提高灵敏度可以采用的方法.
正确答案
解:(1)根据几何知识可知y‘=y+l2tanθ
电子在电场中运动的时间:t=
偏移量:y=
设偏转角度为θ,则:tanθ=
所以有:l2tanθ=
即:y′=y+l2tanθ=
(2)电子在加速电场加速后,有:,
得
电子在YY'内的加速度为:a=,
电子在YY'内运动的时间:
所以,偏转位移:
根据灵敏度的定义:φ=
根据φ的表达式可知,要提高示波管的灵敏度,可增加偏转电极的长度、减小偏转电极间距离或减小电子枪的加速高压.
答:(1)偏转距离为;
(2)要提高示波管的灵敏度,可增加偏转电极的长度、减小偏转电极间距离或减小电子枪的加速高压.
解析
解:(1)根据几何知识可知y‘=y+l2tanθ
电子在电场中运动的时间:t=
偏移量:y=
设偏转角度为θ,则:tanθ=
所以有:l2tanθ=
即:y′=y+l2tanθ=
(2)电子在加速电场加速后,有:,
得
电子在YY'内的加速度为:a=,
电子在YY'内运动的时间:
所以,偏转位移:
根据灵敏度的定义:φ=
根据φ的表达式可知,要提高示波管的灵敏度,可增加偏转电极的长度、减小偏转电极间距离或减小电子枪的加速高压.
答:(1)偏转距离为;
(2)要提高示波管的灵敏度,可增加偏转电极的长度、减小偏转电极间距离或减小电子枪的加速高压.
1930年劳伦斯制成了世界上第一台回旋加速器,其原理如图所示,这台加速器由两个铜质D形合D1、D2构成,其间留有空隙,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、B、由于洛伦兹力并不做功,而离子通过电场时有qU=△Ek,故离子是从电场中获得能量,故A错误,B正确;
C、D、粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律,有:qvB=m
粒子的最大速度:
所以,粒子加速后的最大动能:=
,可知粒子的最大动能与加速电压无关,与加速的次数无关.故CD错误.
故选:B.
下列关系回旋加速器的说法中,正确的是( )
正确答案
解析
解:A、回旋加速器是利用电场加速粒子,磁场使粒子发生偏转,不带电粒子不能被加速.故ABC错误.
D、根据qvB=m,可知磁场的作用是使带电粒子做圆周运动,获得多次被加速的机会.故D正确.
故选:D.
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