（2011•北京）利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用．如图所示的矩形区域ACDG（AC边足够长）中存在垂直于纸面的匀强磁场，

Question

（2011•北京）利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用．如图所示的矩形区域ACDG（AC边足够长）中存在垂直于纸面的匀强磁场，A处有一狭缝．离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA边且垂直于磁场的方向射入磁场，运动到GA边，被相应的收集器收集．整个装置内部为真空．已知被加速的两种正离子的质量分别是m₁和m₂（m₁＞m₂），电荷量均为q．加速电场的电势差为U，离子进入电场时的初速度可以忽略．不计重力，也不考虑离子间的相互作用．
（1）求质量为m₁的离子进入磁场时的速率v₁；
（2）当磁感应强度的大小为B时，求两种离子在GA边落点的间距s；
（3）在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具有一定宽度．若狭缝过宽，可能使两束离子在GA边上的落点区域交叠，导致两种离子无法完全分离．设磁感应强度大小可调，GA边长为定值L，狭缝宽度为d，狭缝右边缘在A处．离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于GA边且垂直于磁场．为保证上述两种离子能落在GA边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度．

Answer 1

（1）动能定理  Uq＝(1)/(2)m1

v

2 1

得：v1＝√((2qU)/(m1))…①
（2）由牛顿第二定律和轨道半径有：
 qvB＝(mv2)/(R)，R＝(mv)/(qB)
利用①式得离子在磁场中的轨道半径为别为（如图一所示）：
 R1＝√((2m1U)/(qB2))，R2＝√((2m2U)/(qB2))…②
两种离子在GA上落点的间距s＝2(R1−R2)＝√((8U)/(qB2))(√(m1)−

作业帮用户 2016-11-27 举报

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