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如图所示装置可用来分析气体原子的组成.首先使待研究气体进入电离室A,在此气体被电离成等离子体(待研究气体的等离子体由含有一价正离子和电荷量为e的电子组成,整体显电性)

网友投稿  2022-10-29 00:00:00  零零社区

◎ 题目

如图所示装置可用来分析气体原子的组成.首先使待研究气体进入电离室A,在此气体被电离成等离子体(待研究气体的等离子体由含有一价正离子和电荷量为e的电子组成,整体显电性).这些等离子体(统称“带电粒子”)从电离室下端狭缝S1飘出(忽略飘出的速度),经两极板间电压为U的加速电场后(忽略这些带电粒子被加速的时间),从狭缝S2沿垂直磁场方向进入磁感应强度为B的有界匀强磁场,在磁场的上、下边界处分别装有水平底片E和F.当双刀双掷开关分别掷向1、2和3、4时,发现从电离室狭缝S1飘出的带电粒子分别打在E和F上的P、Q点.已知狭缝S2与水平底片E上P点之间的距离d1=2.0cm,到水平底片F上Q点的水平距离d2=6.4cm,磁场区域宽度d=30cm.空气阻力、带电粒子所受重力以及带电粒子之间的相互作用均可忽略不计.
(1)试分析打在P点的带电粒子的带电性质,并写出该带电粒子质量的表达式;(要求用题中的字母表示)
(2)试确定打在Q点的带电粒子的质量和打在P点的带电粒子的质量之比;(结果保留两位有效数字)
(3)若P点是底片E上刻度尺的右端点,而实验中带电粒子总是打到P点右侧,从而导致不便于测量带电粒子击中底片位置到狭缝S2的距离,应如何调整可使带电粒子能打在P点左侧的位置.
魔方格

◎ 答案

带电粒子电场中做加速运动,动能的增加量等于电场力对粒子做的功:eU=
1
2
mv2

进入磁场后,洛仑兹力提供向心力:qvB=
mv2
r

得:r=
mv
qB
   ①
联立以上3个公式,整理得:m=
eB2
2U
?r2
   ②
(1)打在P点的粒子向右偏转,根据左手定则可以判定出,粒子带负电荷;同时还可以知道,粒子运动的轨迹是个半圆,所以:2r1=d1
将上式带入②,得到:m1=
eB2
2U
?
r21
=
eB2
d21
8U

(2)设打在Q点的粒子的半径是r2,则根据几何关系得:(r2-d2)2+
d22
=
r22

带入数据,求得:r2=73.5cm
所以:
m1
m2
=
r21
r22
=
1
73.52
=1.9×10-4

(3)要使带电粒子能打在P点左侧的位置,可以才用的方法就是减小粒子的运动半径.根据①可知,减小半径的方法有两种:一是增大磁场的强度,一是减小粒子进入磁场时的速度,即减小加速电场的电压U.
答:(1)在P点的带电粒子的带负电,该带电粒子质量的表达式m1=
eB2
d21
8U

(2)打在Q点的带电粒子的质量和打在P点的带电粒子的质量之比1.9×10-4
(3)增大磁场的强度或者减小加速电场的电压U可使带电粒子能打在P点左侧的位置.

◎ 解析

“略”

◎ 知识点

    专家分析,试题“如图所示装置可用来分析气体原子的组成.首先使待研究气体进入电离室A,在此气体被电离成等离子体(待研究气体的等离子体由含有一价正离子和电荷量为e的电子组成,整体显电性)…”主要考查了你对  【向心力】,【牛顿第二定律】,【带电粒子在匀强磁场中的运动】  等知识点的理解和应用能力。关于这些知识点的“档案”,你可以点击相应的链接进行查看和学习。



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