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飞行时间质谱仪可以根据带电粒子的飞行时间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,经激光照射产生不同的正离子,自a板小孔进入a、b之间的加速电场,从b板小孔射出,沿中心线进入M、N间的方形区域,然后到达紧靠在其右端的探测器。已知a、b间的电压为U0,间距为d,极板M、N的长度为L,间距均为0.2L,不计离子重力及经过a板时的初速度。

(1)若M、N板间无电场和磁场,求出比荷为k(q/m)的离子从a板到探测器的飞行时间
(2)若在M、N间只加上偏转电压U1,请说明不同的正离子在偏转电场中的轨迹是否重合
(3)若在M、N间只加上垂直于纸面的匀强磁场,已知进入a、b间的正离子有一价和二价两种,质量均为m,元电荷为e,试问:
①要使所有离子均通过M、N之间的区域从右侧飞出,求所加磁场磁感应强度的最大值
②要使所有离子均打在上极板M上,求所加磁场磁感应强度应满足的条件。

科目 物理   题型 计算题   难度 中等
知识点: 质谱仪和回旋加速器的工作原理
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如图所示,物体从光滑斜面上A点由静止开始匀加速下滑,经过B点进入水平直路面匀减速运动,物体经过B点前后可认为速度大小不变,物体最后停在C点。每隔0.2s通过速度传感器测出物体的瞬时速度,部分数据如下表所示。取g=10m/s2,试分析求解:

(1)斜面的倾角;
(2)物体与水平面之间的动摩擦因数;
(3)t = 0.6s时物体的瞬时速度v。

汽车前方120 m有一自行车正以6 m/s的速度匀速前进,汽车以18 m/s的速度追赶自行车,若两车在同一条公路不同车道上做同方向的直线运动,求:
(1)经多长时间,两车第一次相遇?
(2)若汽车追上自行车后立即刹车,汽车刹车过程中的加速度大小为2 m/s2,则再经多长时间两车第二次相遇?

光滑水平面上,用弹簧相连接的质量均为2kg的A、B两物体都以v0=6m/s速度向右运动,弹簧处于原长.质量为4kg的物体C静止在前方,如图所示,B与C发生碰撞后粘合在一起运动,在以后的运动中,求:

(1)弹性势能最大值为多少?
(2)当A的速度为零时,弹簧的弹性势能为多少?

如图所示为氢原子能级示意图,现有动能是E(eV)的某个粒子与处在基态的一个氢原子在同一直线上相向运动,并发生碰撞.已知碰撞前粒子的动量和氢原子的动量大小相等.碰撞后氢原子受激发跃迁到n=5的能级.(粒子的质量m与氢原子的质量mH之比为k)求:

(1)碰前氢原子的动能;
(2)若有一群氢原子处在n=5的能级,会辐射出几种频率的光?
(3)其中频率最高的光子能量多大?

如图所示为交流发电机示意图,匝数为n=100匝的矩形线圈,边长分别为 10 cm和20 cm,内阻为 5Ω,在磁感应强度B="0.5" T的匀强磁场中绕OO′轴以50rad/s的角速度匀速转动,线圈和外部 20Ω的电阻R相接。求:

(1)S断开时,电压表示数;
(2)电键S合上时,电压表和电流表示数;
(3)通过电阻R的电流最大值是多少?
(4)电阻R上所消耗的电功率是多少?

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