Question

下圖為一種質(zhì)譜儀工作原理示意圖。在以O(shè)為圓心，OH為對稱軸，夾角為2α的扇形區(qū)域內(nèi)分布著方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場。對稱于OH軸的C和D分別是離子發(fā)射點(diǎn)和收集點(diǎn)。CM垂直磁場左邊界于M，且OM=d。現(xiàn)有一正離子束以小發(fā)散角（紙面內(nèi)）從C射出，這些離子在CM方向上的分速度均為v₀。若該離子束中比荷為的離子都能匯聚到D，試求：

（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和方向（提示：可考慮以沿CM方向運(yùn)動的離子為研究對象）；

（2）離子沿與CM成θ角的直線CN進(jìn)入磁場，其軌道半徑和在磁場中的運(yùn)動時(shí)間；

（3）線段CM的長度。

Answer 1

解：（1）設(shè)沿CM方向運(yùn)動的離子在磁場中做圓周運(yùn)動的軌道半徑為R

由qv₀B=

又R=d

可得B=，

磁場方向垂直紙面向外。

(2)設(shè)沿CN運(yùn)動的離子速度大小為v,在磁場中的軌道半徑為R′，運(yùn)動時(shí)間為t，

由vcosθ=v₀

得v=

R′=

方法一：設(shè)弧長為s，則t=         s=2(θ+α)×R′

t=

方法二：離子在磁場中做勻速圓周運(yùn)動的周期T=

t=T×。

(3)

　方法一：

CM=MNcotθ

Ｒ′=以上3式聯(lián)立求解得

CM=dcotα

方法二：

設(shè)圓心為A，過A做AB垂直NO，

可以證明NM＝BO

∵NM=CMtanθ

又∵BO=ABcotα

=R′sinθcotα

=

∴CM=dcotα