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高中物理
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计算题
1.
(2023高三上·天津市月考)
飞行时间质谱仪可以根据带电粒子的飞行时间对气体分子进行分析.如图所示,在真空状态下,自脉冲阀P喷出微量气体,经激光照射产生不同正离子,自
a
板小孔进入
a
、
b
间的加速电场,从
b
板小孔射出,沿中线方向进入
M
、
N
板间的方形区域,然后到达紧靠在其右侧的探测器。已知极板
a
、
b
间的电压为
U
0
, 间距为
d
, 极板
M
、
N
的长度和间距均为
L
。不计离子重力及经过
a
板时的初速度。求:
(1) 若
M
、
N
板间无电场和磁场,请推导出离子从
a
板到探测器的飞行时间
t
与比荷
k
(
,
q
和
m
分别为离子的电荷量和质量)的关系式;
(2) 若在
M
、
N
间只加上偏转电压
U
1
, 请论证说明不同正离子的轨迹是否重合;
(3) 若在
M
、
N
间只加上垂直于纸面的匀强磁场.已知进入
a
、
b
间的正离子有一价和二价的两种,质量均为
m
, 元电荷为
e
. 要使所有正离子均能通过方形区域从右侧飞出,求所加磁场的磁感应强度的最大值
B
m。
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