【题目】在某项科研实验中,需要将电离后得到的氢离子(质量为m、电量为+e)和氦离子(质量为4m、电量为+2e)的混合粒子进行分离。小李同学尝试设计了如图甲所示的方案:首先他设计了一个加速离子的装置,让从离子发生器逸出的离子经过P、Q两平行板间的电场加速获得一定的速度,通过极板上的小孔S后进入Q板右侧的匀强磁场中,经磁场偏转到达磁场边界的不同位置,被离子接收器D接收从而实现分离。P、Q间的电压为U,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于纸面向里,装置放置在真空环境中,不计离子之间的相互作用力及所受的重力,且离子进入加速装置时的速度可忽略不计。求:
(1)氢离子进入磁场时的速度大小;
(2)氢、氦离子在磁场中运动的半径之比,并根据计算结果说明该方案是否能将两种离子分离;
(3)小王同学设计了如图乙所示的另一方案:在Q板右侧空间中将磁场更换为匀强电场,场强大小为E,离子垂直进入电场。请你论证该方案能否将两种离子分离。
【答案】(1) (2)
;可以分开(3) 不能将两种正离子分离
【解析】解:(1)粒子在电场中加速,由动能定理有:
解得:
(2) 电荷量为q、质量为m的正离子在磁场中做匀速圆周运动时,洛伦兹力提供向心力,则:
解得:
氢、氦离子在磁场中运动的半径之比为r1:r2=1 :
由上可见,粒子在磁场中运动的半径与粒子的比荷有关,它们到达离子接收器的位置不同,可以分开;
(3) 电荷量为q、质量为m的正离子垂直进入匀强电场中后,在入射方向上做匀速直线运动,当在水平方向上运动位移为x时,其运动时间为
粒子在电场方向做匀加速运动,加速度
沿电场方向的偏转位移为:
由(1)(3)(4)(5)联立解得:
由此可见,该两种离子在电场运动过程中,侧向位移y与离子的比荷无关,即离子在电场中运动的轨迹相同,所以该方案不能将两种正离子分离
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】打点计时器是高中物理中重要的物理实验仪器,如图甲、乙所示是高中物理实验中常用的两种,请回答下面的问题。
(1)甲图是________打点计时器,电源采用的是________。
(2)乙图是________打点计时器,电源采用的是________。
(3)已知打点计时器所用交流电源的频率是f,用它记录一个运动小车的位移,打出的一条纸带和已选好的计数点0、1、2、3、4如图丙所示。某同学测量出1、2两点间的距离为x12,3、4两点间的距离为x34,由此可计算出小车在1、2两点间的平均速度为________;在3、4两点间的平均速度为________。
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】如图所示,在光滑的水平面上放着一个上部为半圆形光滑槽的木块M,开始时木块是静止的,把一个小球m放到槽边从静止开始释放,关于两个物体的运动情况,下列说法正确的是
A. 当小球到达最低点时,木块有最大速率
B. 当小球的速率为零时,木块有最大速率
C. 当小球再次上升到最高点时,木块的速率为零
D. 当小球再次上升到最高点时,木块的速率最大
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】如图甲所示,在光滑水平面上的两小球发生正碰.小球的质量分别为 m1 和 m2.
图乙为它们碰撞前后的 s-t(位移—时间)图象.已知 m1=0.1 kg.由此可以判断( )
A. 碰前 m2 静止,m1 向右运动
B. 碰后 m2 和 m1 都向右运动
C. m2=0.3 kg
D. 碰撞过程中系统损失了 0.4 J 的机械能
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】图所示为某同学研究“匀变速直线运动”的实验装置示意图。
①下面列出了一些实验器材:电磁打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、钩码、刻度尺。除以上器材外,还需要的实验器材有:__________。
A.秒表 B.天平(附砝码)
C.低压交流电源 D.低压直流电源
②如图所示, A、B、C为三个相邻的计数点,若相邻计数点之间的时间间隔为T,A、B间的距离为x1,B、C间的距离为x2,则小车的加速度a=__________(用字母表示)。已知T=0.10s,x1=5.90cm,x2=6.46cm,则a=__________m/s2,B点的瞬时速度是__________m/s(结果均保留2位有效数字)。
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】在粗糙水平地面上与墙平行放着一个截面为半圆的柱状物体A,A与竖直墙之间放另一截面也为半圆的柱状物体B,整个装置处于静止状态,截面如图所示。设墙对B的作用力为F1,B对A的作用力为F2,地面对A的作用力为F3。在B上加一物体C,整个装置仍保持静止,则
A.F1保持不变,F3增大
B.F1增大,F3保持不变
C.F2增大,F3增大
D.F2增大,F3保持不变
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】如图所示,小方块代表一些相同质量的钩码,图1中O为轻绳之间连接的结点,图2中光滑的轻质小滑轮跨在轻绳上悬挂钩码,两装置处于静止状态,现将图1中B滑轮的端点B稍稍右移一些,图2中的端点B沿虚线稍稍上移一些,(2图中的绳长不变)则关于图θ角和OB绳的张力F的变化,下列说法正确的是( )
A. 1、2图中的θ角均增大,F均不变
B. 1、2图中的θ角均增不变,F均不变
C. 1图中θ角增大、2图中θ角不变,张力F均不变
D. 1图中θ角减小、T不变,2图中θ角增大,F减小
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】为提高通行效率,许多高速公路出入口安装了电子不停车收费系统ETC。甲、乙两辆汽车分别通过ETC通道和人工收费通道(MTC)驶离高速公路,流程如图所示。假设减速带离收费岛口X=60m,收费岛总长度d=40m,两辆汽车同时以相同的速度v1=72km/h经过减速带后,一起以相同的加速度做匀减速运动。甲车减速至v2=36km/h后,匀速行驶到中心线即可完成缴费,自动栏杆打开放行;乙车刚好到收费岛中心线收费窗口停下,经过t0=15s的时间缴费成功,人工栏打开放行。随后两辆汽车匀加速到速度v1后沿直线匀速行驶,设加速和减速过程中的加速度大小相等,求:
(1)此次人工收费通道和ETC通道打开栏杆放行的时间差 ;
(2)两辆汽车驶离收费站后相距的最远距离 。
查看答案和解析>>
科目:高中物理 来源: 题型:
【题目】如图所示,质量为M的小车AB,在A端粘有橡皮泥,在B端固定有一根轻质弹簧,弹簧的另一端靠一块质量为m的物体C,且M>m,小车原来静止于光滑水平面上,小车底板光滑,开始时弹簧处于压缩状态.当弹簧释放后,则( )
A. 物体C离开弹簧时,小车一定是向右运动
B. 物体C与A粘合后,小车速度为零
C. 物体C从B向A运动过程中,小车速度与物体速度大小(对地)之比为m:M
D. 物体C从B向A运动过程中,小车速度与物体速度大小(对地)之比为M:m
查看答案和解析>>
湖北省互联网违法和不良信息举报平台 | 网上有害信息举报专区 | 电信诈骗举报专区 | 涉历史虚无主义有害信息举报专区 | 涉企侵权举报专区
违法和不良信息举报电话:027-86699610 举报邮箱:58377363@163.com