問題詳情:
如圖所示,電荷量相等的兩種離子氖20和氖22從容器A下方的狹縫S1飄入(初速度爲零)電場區,經電場加速後透過狹縫S2、S3垂直於磁場邊界MN*入勻強磁場,磁場方向垂直紙面向裏,離子經磁場偏轉後發生分離,最終到達照相底片D上。不考慮離子間的相互作用,則( )
A.電場力對每個氖20和氖22做的功相等
B.氖22進入磁場時的速度較大
C.氖22在磁場中運動的半徑較小
D.若加速電壓發生波動,兩種離子打在照相底片上的位置可能重疊
【回答】
AD
【詳解】
A.根據電場力做功公式,氖20和氖22的電荷量相同,加速電場電壓相同,所以做的功相同,A正確;
B.在加速電場中,根據動能定理有
由於氖20的質量小於氖22的質量,所以氖20的速度大於氖22的速度,B錯誤;
C.在磁場中,根據洛倫茲力提供向心力,可得
解得
根據動能和動量的關係有
綜上可判斷,q、B和Ek相同,由於氖22的質量大,所以氖22的半徑也大,C錯誤;
D.在加速電場中,根據動能定理有
在磁場中,根據洛倫茲力提供向心力,可得
聯立可得
對於同位素,加速電壓相同時,質量越大做圓周運動的半徑越大;對同種離子,加速電壓越大,其做圓周運動的半徑越大;若電壓發生波動,則氖20和氖22做圓周運動的半徑在一定的範圍內變化,所以氖20在電壓較高時的半徑可能和氖22在電壓較低時的半徑相等,兩種離子打在照相底片上的位置就重疊,所以D正確。
故選AD。
知識點:質譜儀與迴旋加速器
題型:選擇題