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)
◎ 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. |
◎ 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=
进入磁场后,洛仑兹力提供向心力:qvB=
得:r=
联立以上3个公式,整理得:m=
(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=
(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+
带入数据,求得:r2=73.5cm 所以:
(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= |