Question

11．如圖所示為一種質(zhì)譜儀示意圖，由加速電場、靜電分析器和磁分析器組成．若靜電分析器通道中心線的半徑為R，通道內(nèi)均勻輻射電場在中心線處的電場強(qiáng)度大小為E，磁分析器有范圍足夠大的有界勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向垂直紙面向外．一質(zhì)量為m、電荷量為q的粒子從靜止開始經(jīng)加速電場加速后沿中心線通過靜電分析器，由P點(diǎn)垂直邊界進(jìn)入磁分析器，最終打到膠片上的Q點(diǎn)．不計(jì)粒子重力．則M、N兩個(gè)極板中電勢較高的是M極板；加速電場的電壓為$\frac{1}{2}$ER；PQ之間的距離為$\frac{2}{B}\sqrt{\frac{mER}{q}}$．

Answer 1

分析 帶電粒子在電場中，在電場力做正功的情況下，被加速運(yùn)動(dòng)．后垂直于電場線，在電場力提供向心力作用下，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．最后進(jìn)入勻強(qiáng)磁場，在洛倫茲力作用下，做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．根據(jù)洛倫茲力的方向，從而可確定電性，進(jìn)而可確定極板的電勢高低．根據(jù)牛頓第二定律可得在電場力作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的表達(dá)式，從而求出加速電壓．最后再由牛頓第二定律，洛倫茲力等于向心力可知，運(yùn)動(dòng)的半徑公式，即影響半徑的大小因素．

解答 解：粒子進(jìn)入靜電分析器后在電場力作用下偏轉(zhuǎn)，故可知粒子帶正電，極板M比極板N電勢高才能使粒子加速．
對于加速過程，有qU=$\frac{1}{2}$mv²，在靜電分析器中，由電場力充當(dāng)向心力，則有 Eq=m$\frac{{v}^{2}}{R}$，
由上兩式可知U=$\frac{1}{2}$ER．
在磁分析器中粒子由P到Q，直徑 PQ=2R′=$\frac{2mv}{qB}$=$\frac{2}{B}\sqrt{\frac{mER}{q}}$；
故答案為：M；$\frac{1}{2}$ER； $\frac{2}{B}\sqrt{\frac{mER}{q}}$．

點(diǎn)評(píng) 考查粒子在電場中加速與勻速圓周運(yùn)動(dòng)，及在磁場中做勻速圓周運(yùn)動(dòng)．掌握電場力與洛倫茲力在各自場中應(yīng)用，注意粒子在靜電分析器中電場力不做功．