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2021年高考物理100考点最新模拟题千题精练(选修3-1)
第三部分磁场
专题3.27质谱仪计算题(能力篇)
1.(2020天津和平区质检)质谱仪可用来对同位素进行分析,其主要由加速电场和边界为直线PQ的匀强
偏转磁场组成,如图甲所示。某次研究的粒子束是氕核和氘核组成的,粒子从静止开始经过电场加速后,
从边界上的O点垂直于边界进入偏转磁场,氕核最终到达照相底片上的M点,测得O、M间的距离为d,
粒子的重力忽略不计,求:
(1)偏转磁场的方向(选答“垂直纸面向外”或“垂直纸面向里”);
(2)本次研究的粒子在照相底片上都能检测到,照相底片的放置区域的长度L至少多大;
(3)若偏转磁场的区域为圆形,且与PQ相切于O点,如图乙所示,其他条件不变,要保证氘核进入偏转
磁场后不能打到PQ边界上(PQ足够长),求磁场区域的半径R应满足的条件。
【名师解析】(1)磁场方向垂直于纸面向外。
1
2
(2)由动能定理,qU=mv,
2
v2
qvB=m,
r
r=d/2,
r’=2r
L=2r’-2r
联立解得L=(2-1)d
(2)氘核恰好不能到达磁场边界,R=r’
2
所以磁场区域边界应该满足的条件是R≤d。
2
2.(10分)(2020新高考冲刺仿真模拟6)如图甲所示是某质谱仪的模型简化图,P为质子源,初速度不计
的质子经电压加速后从O点垂直磁场边界射入,在边界OS的上方有足够大的垂直纸面的匀强磁场区域,B
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q
=0.2T.a、b间放有一个宽度为L=0.1cm的粒子接收器S,Oa长度为L=2cm.质子的比荷=1.0×108
abOam
C/kg,质子经电场、磁场后正好打在接收器上.
(1)磁场的方向是垂直纸面向里还是向外?
(2)质子进入磁场的角度范围如图乙所示,向左向右最大偏角α=8°,所有的质子要打在接收器上,求加速电
压的
1
范围(结果保留三位有效数字,取cos8°=0.99,=1.01).
cos8°
(3)将质子源P换成气态的碳12与碳14原子单体,气体在P点电离后均带一个单位正电荷(初速度不计),
e1e1
88
碳12的比荷=×10C/kg,碳14的比荷=×10C/kg,保持磁感应强度不变,从O点入射的角度
m12m14
1214
范围α=8°不变,加速电压可以在足够大的范围内改
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