利用電場和磁場,可以將比荷不同的離子分開,這種方法在化學(xué)分析和原子核技術(shù)等領(lǐng)域有重要的應(yīng)用.如圖所示的矩形區(qū)域ACDG(AC邊足夠長)中存在垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場,A處有一狹縫.離子源產(chǎn)生的離子,經(jīng)靜電場加速后穿過狹縫沿垂直于GA邊且垂直于磁場的方向射入磁場,運(yùn)動(dòng)到GA邊,被相應(yīng)的收集器收集.整個(gè)裝置內(nèi)部為真空.已知被加速的兩種正離子的質(zhì)量分別是m
1和m
2(m
1>m
2),電荷量均為q.加速電場的電勢差為U,離子進(jìn)入電場時(shí)的初速度可以忽略.不計(jì)重力,也不考慮離子間的相互作用.
(1)求質(zhì)量為m
1的離子進(jìn)入磁場時(shí)的速率v
1;
(2)當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B時(shí),求兩種離子在GA邊落點(diǎn)的間距s;
(3)在前面的討論中忽略了狹縫寬度的影響,實(shí)際裝置中狹縫具有一定寬度.若狹縫過寬,可能使兩束離子在GA邊上的落點(diǎn)區(qū)域交疊,導(dǎo)致兩種離子無法完全分離.設(shè)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小可調(diào),GA邊長為定值L,狹縫寬度為d,狹縫右邊緣在A處.離子可以從狹縫各處射入磁場,入射方向仍垂直于GA邊且垂直于磁場.為保證上述兩種離子能落在GA邊上并被完全分離,求狹縫的最大寬度.