飞行时间质谱仪可对气体分子进行分析.如图所示,在真空状态下,脉冲阀P喷出微量气体,经激光照射产生电荷量为q、质量为m的正离子,自a板小孔进入a、b间的加速电场,

飞行时间质谱仪可对气体分子进行分析.如图所示,在真空状态下,脉冲阀P喷出微量气体,经激光照射产生电荷量为q、质量为m的正离子,自a板小孔进入a、b间的加速电场,

题型:不详难度:来源:
飞行时间质谱仪可对气体分子进行分析.如图所示,在真空状态下,脉冲阀P喷出微量气体,经激光照射产生电荷量为q、质量为m的正离子,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板间的偏转控制区,到达探测器.已知a、b板间距为d,极板M、N的长度和间距均为L.不计离子重力及进入a板时的初速度.(1)当a、b间的电压为U1,在M、N间加上适当的电压U2,使离子到达探测器.求离子到达探测器的全部飞行时间.
(2)为保证离子不打在极板上,试求U2与U1的关系.魔方格
答案

(1)在加速过程中,电势能转化为动能,由动能定理有:
qU1=
1
2
mv2

离子在a、b间的加速度为:
a1=
qU1
md

离子在a、b间做匀加速直线运动,运动的时间为:
t1=
v
a1
=d


2m
qU1

在MN间做类平抛运动,运动的时间为:
t2=
L
v
=L


m
2qU1

离子达到探测器的时间:
t=t1+t2=(2d+L)


m
2qU1

(2)离子在MN间做类平抛运动,侧移距离为:
y=
1
2
a2
t22
=
1
2
qU2
mL
L2
v2
=
U2L
4U1

离子不达到极板上,可知有:
y<
L
2

结合上式解得:
U2<2U1
答:(1)离子到达探测器的全部飞行时间为(2d+L)


m
2qU1

    (2)为保证离子不打在极板上,U2与U1应满足U2<2U1
举一反三
如图所示为两组平行板金属板,一组竖直放置,一组水平放置,今有一质量为m的电子静止在竖直放置的平行金属板的A点,经电压U0加速后通过B点进入两板间距为d、电压为U的水平放置的平行金属板间,若电子从两块水平平行板的正中间射入,且最后电子刚好能从右侧的两块平行金属板穿出,A、B分别为两块竖直板的中点,求:
(1)电子通过B点时的速度大小;
(2)右侧平行金属板的长度;
(3)电子穿出右侧平行金属板时的动能.魔方格
题型:不详难度:| 查看答案
一质量为m、电荷量为q的粒子,在匀强电场中只受电场力作用,沿电场线方向从a点出发,由静止开始作匀加速运动.当粒子运动到b点时速度达到v,a、b两点的距离为d,试求:
(1)匀强电场的场强大小;
(2)a、b两点间的电势差.
题型:不详难度:| 查看答案
某静电场中的电场线如图所示,带电粒子在电场中仅受电场力作用,其运动轨迹如图中虚线所示,由M运动到N,以下说法正确的是(  )
A.粒子必定带正电荷
B.粒子在M点的电势能小于它在N点的电势能
C.粒子在M点的加速度小于它在N点的加速度
D.粒子在M点的动能小于它在N点的动能
魔方格
题型:河南二模难度:| 查看答案
质量为m的小球离地面高为H,自由下落,掉进沙坑深度为h,求沙坑对小球的平均阻力.
题型:不详难度:| 查看答案
如图所示,长为L,倾角为θ的光滑绝缘斜面处于水平向右的匀强电场中.一电荷量为+q,质量为m的小球,以初速度v0由斜面底端的M点沿斜面上滑,到达斜面顶端N的速度仍为v0则(  )
A.小球在N点的电势能小于在M点的电势能
B.M、N两点的电势差为
mgL
g
C.电场强度等于
mgtanθ
q
D.电强强度等于
mgsinθ
q
魔方格
题型:不详难度:| 查看答案
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