離子光學是一門研究離子在電磁場中運動和離子束在電磁場中聚焦、反射、折射、偏轉等規律的學科。利用中學知識,也可以簡單地構造一些離子光學的元器件,來實現離子束的反射,平移和折射等。某同學設計簡化裝置如圖所示。在反射區,以O點為原點,建立平面直角坐標系xOy,在第一象限分布著磁感應強度為B1=1T的勻強磁場,磁場方向垂直于紙面向里,OM是磁場中的一塊擋板,與x軸夾角為30°;平移區由磁場方向垂直紙面向外、磁感應強度為B2=0.5T、磁場寬度為L1=332×10-4m的磁場2區,寬度為L2=32×10-4m的自由空間,磁場方向垂直紙面向里、磁場寬度為L3=33×10-4m的磁場3區組成,2區磁場上邊界與x軸相距L=3×10-4m;折射區,存在一電場,圓形區域外部各處電勢均為φ1,內部各處電勢均為φ2(φ1<φ2),φ2-φ1=0.2V,球心位于O′點,離子只受到法線方向的作用力,其運動方向將發生改變,即發生“折射”,改變前后能量守恒。一線性相當好的離子束以大小為v=2×103m/s的速度沿紙面從x軸(x>0)上A點向左上方射入磁場,速度與x軸成30°角。已知離子的質量為m=8×10-27kg,帶電量為q=-1.6×10-19C,不計離子的重力。
(1)已知從A點入射的離子束,恰好不會碰到OM板,而從x軸上的另一點B射出磁場,求A點和B點的橫坐標;
(2)滿足(1)的條件下,從反射區B點射出的離子束,在真空中自由飛行一段時間后,從C點進入磁場2區,從磁場3區的D點射出。為保證C點入射方向與D點出射方向平行,求3區磁場磁感應強度B3的大小,以及C點的橫坐標;
(3)滿足(2)的條件下,從D點出射的離子束從圓形區域的頂部E點進入圓形區域內部,若每秒鐘有N=1020個離子從A點射出,求離子束在E處對折射裝置的作用力大小。
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發布:2024/6/27 10:35:59組卷:128引用:2難度:0.2
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1.如圖,半徑為d的圓形區域內有磁感應強度為B的勻強磁場,磁場垂直圓所在的平面。一帶電量為q、質量為m的帶電粒子從圓周上a點對準圓心O射入磁場,從b點折射出來,若α=60°,則帶電粒子射入磁場的速度大小為( )
A. qBdmB. 3qBdmC. 2qBdmD. 3qBdm發布:2025/1/6 0:30:5組卷:272引用:2難度:0.6 -
2.如圖所示,三角形ABC內有垂直于三角形平面向外的勻強磁場,AB邊長為L,∠CAB=30°,∠B=90°,D是AB邊的中點。現在DB段上向磁場內射入速度大小相同、方向平行于BC的同種粒子(不考慮粒子間的相互作用和粒子重力),若從D點射入的粒子恰好能垂直AC邊射出磁場,則AC邊上有粒子射出的區域長度為( )
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3.如圖1所示,在xOy坐標系中,兩平行極板P、Q垂直于y軸且關于x軸對稱,極板長度和板間距均為l,緊靠極板的右邊緣的有界勻強磁場區域由ΔAB0和矩形0BCD構成,其中∠OAB=60°,OD=OA.磁場方向垂直于xOy平面向里,D、A位于y軸上。位于極板左側的粒子源沿x軸向右接連發射質量為m,電荷量為+q、速度相同的帶電粒子,現在0~3t0時間內兩板間加上如圖2所示的電壓,已知t=0時刻進入兩板間的粒子,在t0時刻射入磁場時,恰好不會從磁場邊界射出磁場區域且圓心在x軸上,上述l、m、q、t0為已知量,U0=
,不考慮P、Q兩板電壓的變化對磁場的影響,也不考慮粒子的重力及粒子間的相互影響,求:ml2qt02
(1)t=0時刻進入兩板間的帶電粒子射入磁場時的速度;
(2)勻強磁場的磁感應強度的大小及磁場區域的面積;
(3)t=t0時刻進入兩板間的帶電粒子在勻強磁場中運動的時間。發布:2024/12/30 0:0:1組卷:89引用:2難度:0.7