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(边足够长)中存在垂直于纸面的匀强磁场,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边且垂于磁场的方向射入磁场,运动到边,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和,电荷量均为。加速电场的电势差为,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)求质量为的离子进入磁场时的速率。
(2)当磁感应强度的大小为时,求两种离子在边落点的间距。
(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,边长为定值L,狭缝宽度为,狭缝右边缘在A处,离子可以从狭缝各处射入磁场,入射方向仍垂直于边且垂直于磁场。为保证上述两种离子能落在边上并被完全分离,求狭缝的最大宽度。
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