Question

18．如圖是質(zhì)譜儀的工作原理示意圖，帶電粒子被加速電場加速后，進(jìn)入速度選擇器，速度選擇器內(nèi)相互正交的勻強(qiáng)磁場的磁感應(yīng)強(qiáng)度和勻強(qiáng)電場的場強(qiáng)分別為B和E，平板S上有可讓粒子通過的狹縫P的記錄粒子位置的膠片A₁A₂，平板S下方有磁感應(yīng)強(qiáng)度為B₀的勻強(qiáng)磁場，帶電粒子到達(dá)膠片上時的位置與P點(diǎn)的水平距離為x，不計粒子重力
（1）試判斷粒子的電性和速度選擇器中勻強(qiáng)磁場的方向，并說明理由；
（2）求粒子的比荷．

Answer 1

分析 （1）帶電粒子經(jīng)加速后進(jìn)入速度選擇器，根據(jù)粒子在勻強(qiáng)磁場中的圓周運(yùn)動的軌跡，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的方向．
（2）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，打在板的不同位置，根據(jù)粒子在勻強(qiáng)磁場中做圓周運(yùn)動時由洛倫茲力提供向心力即可求出粒子的比荷．

解答 解：（1）粒子垂直磁場向下進(jìn)入磁場后向左偏轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則可知，粒子帶正電；粒子帶正電，則受電場力向右，由左手定則可判斷磁場方向垂直直面向外．
（2）由qE=qvB，得v=$\frac{E}{B}$，此時粒子受力平衡，可沿直線穿過選擇器；
由洛倫茲力提供向心力得：$qv{B}_{0}=\frac{m{v}^{2}}{R}$
其中：2R=x
則：$\frac{q}{m}$=$\frac{v}{{B}_{0}R}$=$\frac{2v}{{B}_{0}x}$=$\frac{2E}{B{B}_{0}x}$
答：（1）根據(jù)左手定則可知粒子帶正電荷；速度選擇器中的磁場B的方向垂直向外；
（2）粒子的荷質(zhì)比$\frac{2E}{B{B}_{0}x}$．

點(diǎn)評 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、在磁場中運(yùn)動階段，理解各個階段運(yùn)動的特點(diǎn)是做好這一類題目的關(guān)鍵．