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高考物理质谱仪和磁流体发电机压轴题word

高考物理质谱仪和磁流体发电机压轴题word

一、高中物理解题方法:质谱仪和磁流体发电机

1.如图所示为质谱仪的构造原理图,它是一种分离和检测不同同位素的重要工具。质子数相同而中子数不同的同一元素的不同核素互称为同位素。现让待测的不同带电粒子经加速后进入速度选择器,速度选择器的平行金属板之间有相互正交的匀强磁场和匀强电场(图中未画出),磁感应强度为B,电场强度为E。金属板靠近平板S,在平板S上有可让粒子通过的狭缝P,带电粒子经过速度选择器后,立即从P点沿垂直平板S且垂直于磁场方向的速度进入磁感应强度为B0、并以平板S为边界的有界匀强磁场中,在磁场中偏转后打在记录它的照相底片上,底片厚度可忽略不计,且与平板S重合。根据粒子打在底片上的位置,便可以对它的比荷(电荷量与质量之比)情况进行分析。在下面的讨论中,磁感应强度为B0的匀强磁场区域足够大,空气阻力、带电粒子所受的重力及它们之间的相互作用力均可忽略不计。

(1)若某带电粒子打在底片上的A点,测得P与A之间的距离为x,求该粒子的比荷

q

m

高考物理质谱仪和磁流体发电机压轴题word

(2)若有两种质量不同的正一价离子,质量分别为m1和m2,它们经速度选择器和匀强磁场后,分别打在底片上的A1和A2两点,测得P到A2的距离与A1到A2的距离相等,求这

两种离子的质量之比1

2

m

m;

(3)若用这个质谱仪分别观测氢的两种同位素离子(所带电荷量为e),它们分别打在照相底片上相距为d的两点;

①为了便于观测,希望d的数值大一些为宜。试分析说明为了便于观测,应如何改变匀强磁场磁感应强度B0的大小;

②研究小组的同学对上述B0影响d的问题进行了深入的研究。为了直观,他们以d为纵坐

标、以

1

B

为横坐标,画出了d随

1

B

变化的关系图像,该图像为一条过原点的直线。测得

该直线的斜率为k,求这两种同位素离子的质量之差Δm。

【答案】(1)

2

q E

m BB x

=;(2)1

2

2

1

m

m

=;(3)①减小磁感应强度B

0的大小;

2

eBk

E

【解析】

【详解】

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