高三物理質譜儀分辨率題目有很多,例如:
1. 一質譜儀將質量不同的帶電粒子按質量進行分類,若在電場中加速后,依次通過兩平行金屬板間的勻強電場和勻強磁場,最后打在熒光屏上,形成一個個亮點,如圖所示。其中點A、B、C、D是質譜儀中的四個亮點,已知A、B、C三點的動能分別為E_{kA} = 0.5 \text{ eV},E_{kB} = 1.5 \text{ eV},E_{kC} = 3.5 \text{ eV},則該質譜儀的分辨率(即相鄰兩個亮點能分辨開的最小距離)與哪個因素有關( )
A. 電場電壓 B. 金屬板長度 C. 金屬板間距 D. 粒子的比荷
2. 一質譜儀測定帶電粒子的質量,已知帶電粒子經(jīng)過加速電場后進入偏轉電場,偏轉電場的電壓為U,偏轉極板長度為L,偏轉極板間距為d,帶電粒子的比荷為\mu ,求該質譜儀的分辨率。
以上題目涉及質譜儀分辨率的計算,需要掌握相關物理原理和公式才能解題。
題目:
一個質譜儀可以分辨出質量不同的粒子,已知一個粒子以一定的速度進入質譜儀,經(jīng)過一段時間后,它被分成兩個質量不同的粒子,這兩個粒子的質量比為2:1。求這兩個粒子的速度之比。
解析:
質譜儀的工作原理是通過磁場和電場的作用,將粒子按照質量大小進行分離。當粒子進入質譜儀后,它們會受到磁場和電場的相互作用,質量大的粒子受到的力較大,因此運動速度較慢,而質量小的粒子受到的力較小,因此運動速度較快。最終,質量不同的粒子會分別從質譜儀的出口流出。
在這個問題中,設進入質譜儀的粒子的質量為M,經(jīng)過一段時間后被分成的兩個粒子的質量分別為m1和m2,其中m1 = 2M/3,m2 = M/3。由于粒子在磁場和電場中受到的作用力與速度有關,因此可以根據(jù)粒子的運動軌跡和受力情況來求解速度之比。
假設粒子的運動軌跡為拋物線,根據(jù)牛頓第二定律和運動學公式可得:
m1g/B = m1v1^2/r1
m2g/B = m2v2^2/r2
其中g為重力加速度,B為磁感應強度,r1和r2分別為m1和m2的運動半徑。由于粒子的運動軌跡為拋物線,因此有:
r1 = v1t + (1/2)at^2
r2 = v2t + (1/2)at^2
其中t為粒子通過的時間。將上述方程代入可得:
v1 = (gB/r1)t + (m2/m1)v2
v2 = (gB/r2)t + (m1/m2)v1
由于粒子的運動時間相同,因此可以得到:
(m2/m1)v2 = (m1/m2)v1
將上述方程代入可得:
v1:v2 = sqrt(3)
因此,這兩個粒子的速度之比為√(3)。這個結果符合題目中的質量比為2:1的要求。