如图所示,MN为铝质薄平板,铝板上方和下方分别有垂直于图平面的匀强磁场(未画出),一带电粒子从紧贴铝板上表面的P点垂直于铝板向上射出,从Q点穿越铝板后到达PQ的中点O,已知粒子穿越铝板时,其动能损失一半,速度方向和电荷量不变,不计重力,求铝板上方和下方的磁感应强度大小之比.
解:设粒子在铝板上、下方的轨道半径分别为r1、r2,速度分别为v1、v2.
由题意可知,粒子轨道半径:r1=2r2,
由题意可知,穿过铝板时粒子动能损失一半,即: mv22=
•
mv12,v1=
v2,
粒子在磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得:qvB=m,
磁感应强度:B=,
磁感应强度之比: =
=
=
×
=
;
答:铝板上方和下方的磁感应强度大小之比为.
质谱仪:
具有相同核电荷数而不同质量数的原子互称同位素,质谱仪是分离各种元素的同位素并测量它们质量的仪器,它由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成,它的结构原理如图所示。
如图所示,离子源S产生质量为m,电荷量为q的正离子(所受重力不计)。离子出来时速度很小(可忽略不计),经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动,经过半个周期到达记录它的照相底片P上,测得它在P上的位置到入口处的距离为L,则
联立求解得。
因此,只要知道q、B、L与U,就可计算出带电粒子的质量m。
速度选择器:
(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直,这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器,如图所示。
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是,即
,与带电粒子的质量,所带电荷的正负、电荷量均无关,只与速度有关。
(3)若,粒子向电场力方向偏,电场力做正功,粒子动能增加;
,粒子向磁场力方向偏,电场力做负功,动能减少。
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