如圖所示裝置可用來分析氣體原子的組成．首先使待研究氣體進入電離室A，在此氣體被電離成等離子體（待研究氣體的等離子體由含有一價正離子和電荷量為e的電子組成，整體顯電性）．這些等離子體（統(tǒng)稱“帶電粒子”）從電離室下端狹縫S1飄出（忽略飄出的速度），經(jīng)兩極板間電壓為U的加速電場后（忽略這些帶電粒子被加速的時間），從狹縫S2沿垂直磁場方向進入磁感應(yīng)強度為B的有界勻強磁場，在磁場的上、下邊界處分別裝有水平底片E和F．當(dāng)雙刀雙擲開關(guān)分別擲向1、2和3、4時，發(fā)現(xiàn)從電離室狹縫S1飄出的帶電粒子分別打在E和F上的P、Q點．已知狹縫S2與水平底片E上P點之間的距離d1=2.0cm，到水平底片F(xiàn)上Q點的水平距離d2=6.4cm，磁場區(qū)域?qū)挾萪=30cm．空氣阻力、帶電粒子所受重力以及帶電粒子之間的相互作用均可忽略不計．
（1）試分析打在P點的帶電粒子的帶電性質(zhì)，并寫出該帶電粒子質(zhì)量的表達式；（要求用題中的字母表示）
（2）試確定打在Q點的帶電粒子的質(zhì)量和打在P點的帶電粒子的質(zhì)量之比；（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）
（3）若P點是底片E上刻度尺的右端點，而實驗中帶電粒子總是打到P點右側(cè)，從而導(dǎo)致不便于測量帶電粒子擊中底片位置到狹縫S2的距離，應(yīng)如何調(diào)整可使帶電粒子能打在P點左側(cè)的位置．
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帶電粒子電場中做加速運動，動能的增加量等于電場力對粒子做的功：eU=
1
2
mv2
進入磁場后，洛侖茲力提供向心力：qvB=
mv2
r
，
得：r=
mv
qB
   ①
聯(lián)立以上3個公式，整理得：m=
eB2
2U
?r2   ②
（1）打在P點的粒子向右偏轉(zhuǎn)，根據(jù)左手定則可以判定出，粒子帶負電荷；同時還可以知道，粒子運動的軌跡是個半圓，所以：2r1=d1
將上式帶入②，得到：m1=
eB2
2U
?
r21
=
eB2
d21
8U

（2）設(shè)打在Q點的粒子的半徑是r2，則根據(jù)幾何關(guān)系得：(r2-d2)2+
d22
=
r22
，
帶入數(shù)據(jù)，求得：r2=73.5cm
所以：
m1
m2
=
r21
r22
=
1
73．52
=1.9×10-4
（3）要使帶電粒子能打在P點左側(cè)的位置，可以才用的方法就是減小粒子的運動半徑．根據(jù)①可知，減小半徑的方法有兩種：一是增大磁場的強度，一是減小粒子進入磁場時的速度，即減小加速電場的電壓U．
答：（1）在P點的帶電粒子的帶負電，該帶電粒子質(zhì)量的表達式m1=
eB2
d21
8U
；
（2）打在Q點的帶電粒子的質(zhì)量和打在P點的帶電粒子的質(zhì)量之比1.9×10-4；
（3）增大磁場的強度或者減小加速電場的電壓U可使帶電粒子能打在P點左側(cè)的位置．
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目：高中物理 來源： 題型：閱讀理解

（25分）圖1所示為楊氏雙縫干涉實驗的示意圖，取紙面為yz平面。y、z軸的方向如圖所示。線光源S通過z軸，雙縫S1、S2對稱分布在z軸兩側(cè)，它們以及屏P都垂直于紙面。雙縫間的距離為d，光源S到雙縫的距離為l，雙縫到屏的距離為D，，。

　　1.從z軸上的線光源S出發(fā)經(jīng)S1、S2不同路徑到P0點的光程差為零，相干的結(jié)果產(chǎn)生一亮紋，稱為零級亮紋。為了研究有一定寬度的擴展光源對于干涉條紋清晰度的影響，我們先研究位于軸外的線光源S′形成的另一套干涉條紋，S′位于垂直于z軸的方向上且與S平行，兩者相距，則由線光源S′出發(fā)分別經(jīng)S1、S2產(chǎn)生的零級亮紋，與P0的距離

　　2.當(dāng)光源寬度為的擴展光源時，可將擴展光源看作由一系列連續(xù)的、彼此獨立的、非相干的線光源組成。這樣，各線光源對應(yīng)的干涉條紋將彼此錯開，在屏上看到的將是這些干涉條紋的光強相加的結(jié)果，干涉條紋圖像將趨于模糊，條紋的清晰度下降。假設(shè)擴展光源各處發(fā)出的光強相同、波長皆為。當(dāng)增大導(dǎo)致零級亮紋的亮暗將完全不可分辨，則此時光源的寬度

　　3.在天文觀測中，可用上述干涉原理來測量星體的微小角直徑。遙遠星體上每一點發(fā)出的光到達地球處都可視為平行光，從星體相對的兩邊緣點發(fā)來的兩組平行光之間的夾角就是星體的角直徑。遙遠星體的角直徑很小，為測量如些微小的角直徑，邁克爾遜設(shè)計了測量干涉儀，其裝置簡化為圖2所示。M1、M2、M3、M4是四個平面反射鏡，它們兩兩平行，對稱放置，與入射光（a、 a′）方向成45°角。S1和S2是一對小孔，它們之間的距離是d。M1和M2可以同步對稱調(diào)節(jié)來改變其中心間的距離h。雙孔屏到觀察屏之間的距離是D。a、 a′和b、 b′分別是從星體上相對著的兩邊緣點發(fā)來的平行光束。設(shè)光線a、 a′垂直雙孔屏和像屏，星光的波長是，試導(dǎo)出星體上角直徑的計算式。

注：將星體作圓形擴展光源處理時，研究擴展光源的線度對于干涉條紋圖像清晰度的影響會遇到數(shù)學(xué)困難，為簡化討論，本題擬將擴展光源作寬度為的矩形光源處理。

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科目：高中物理 來源：2013-2014學(xué)年江西省紅色六校高三第二次聯(lián)考理科綜合物理試卷（解析版） 題型：填空題

（6分）如圖所示裝置可用來驗證機械能守恒，直徑為d的擺球A拴在長為L的不可伸長的輕繩一端（L>>d），繩的另一端固定在Ｏ點，Ｏ點正下方擺球重心經(jīng)過的位置固定光電門Ｂ�，F(xiàn)將擺球拉起，使繩偏離豎直方向成θ角時由靜止開始釋放擺球，當(dāng)其到達最低位置時，光電門Ｂ記錄的遮光時間為t。

⑴如圖為50分度游標(biāo)卡尺測量擺球A的直徑d=???????????? mm。

⑵擺球到達最低點的速度V= ????????? （用題中字母表示）。

⑶寫出滿足機械能守恒的表達式?????????????? （用題中字母表示）。

 

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科目：高中物理 來源： 題型：閱讀理解

（25分）圖1所示為楊氏雙縫干涉實驗的示意圖，取紙面為yz平面。y、z軸的方向如圖所示。線光源S通過z軸，雙縫S1、S2對稱分布在z軸兩側(cè)，它們以及屏P都垂直于紙面。雙縫間的距離為d，光源S到雙縫的距離為l，雙縫到屏的距離為D，，。

　　1.從z軸上的線光源S出發(fā)經(jīng)S1、S2不同路徑到P0點的光程差為零，相干的結(jié)果產(chǎn)生一亮紋，稱為零級亮紋。為了研究有一定寬度的擴展光源對于干涉條紋清晰度的影響，我們先研究位于軸外的線光源S′形成的另一套干涉條紋，S′位于垂直于z軸的方向上且與S平行，兩者相距，則由線光源S′出發(fā)分別經(jīng)S1、S2產(chǎn)生的零級亮紋，與P0的距離

　　2.當(dāng)光源寬度為的擴展光源時，可將擴展光源看作由一系列連續(xù)的、彼此獨立的、非相干的線光源組成。這樣，各線光源對應(yīng)的干涉條紋將彼此錯開，在屏上看到的將是這些干涉條紋的光強相加的結(jié)果，干涉條紋圖像將趨于模糊，條紋的清晰度下降。假設(shè)擴展光源各處發(fā)出的光強相同、波長皆為。當(dāng)增大導(dǎo)致零級亮紋的亮暗將完全不可分辨，則此時光源的寬度

　　3.在天文觀測中，可用上述干涉原理來測量星體的微小角直徑。遙遠星體上每一點發(fā)出的光到達地球處都可視為平行光，從星體相對的兩邊緣點發(fā)來的兩組平行光之間的夾角就是星體的角直徑。遙遠星體的角直徑很小，為測量如些微小的角直徑，邁克爾遜設(shè)計了測量干涉儀，其裝置簡化為圖2所示。M1、M2、M3、M4是四個平面反射鏡，它們兩兩平行，對稱放置，與入射光（a、 a′）方向成45°角。S1和S2是一對小孔，它們之間的距離是d。M1和M2可以同步對稱調(diào)節(jié)來改變其中心間的距離h。雙孔屏到觀察屏之間的距離是D。a、 a′和b、 b′分別是從星體上相對著的兩邊緣點發(fā)來的平行光束。設(shè)光線a、 a′垂直雙孔屏和像屏，星光的波長是，試導(dǎo)出星體上角直徑的計算式。

注：將星體作圓形擴展光源處理時，研究擴展光源的線度對于干涉條紋圖像清晰度的影響會遇到數(shù)學(xué)困難，為簡化討論，本題擬將擴展光源作寬度為的矩形光源處理。

圖1

圖2

　　

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