21、电磁场中的STSE问题一、电场中的科技应用例1.如图所示为利用静电除烟尘的通道示意图，前、后两面为绝缘板，上、下两面为分别与高压电源的负极和正极相连的金属板，在上、下两面间产生的电场可视为匀强电场，通道长L＝1m，进烟尘口的截面为边长d＝0.5m的正方形，分布均匀的带负电烟尘颗粒均以水平速度v0＝2m/s连续进入通道，碰到下金属板后其所带电荷会被中和并被收集，但不影响电场分布。已知每立方米体积内颗粒数n＝1×1013个，每个烟尘颗粒带电荷量为q＝－1.0×10－17C，质量为m＝2.0×10－15kg，忽略颗粒的重力、颗粒之间的相互作用力和空气阻力。(1)高压电源电压U0＝300V时，求被除去的烟尘颗粒数与总进入烟尘颗粒数的比值；(2)若烟尘颗粒恰好能全部被除去，求高压电源电压U1；(3)装置在(2)中电压U1作用下稳定工作时，1s内进入的烟尘颗粒从刚进入通道到被全部除去的过程中，求电场对这些烟尘颗粒所做的总功。【解析】(1)由牛顿第二定律得，＝ma烟尘颗粒在电场中做类平抛运动，飞出电场时，有：水平位移L＝v0t竖直位移y＝at2解得：y＝0.375m所求比值为η＝＝(2)由类平抛运动规律和牛顿第二定律得d＝a1t2＝ma1解得：U1＝400V(3)t1＝1s内进入烟尘通道的烟尘颗粒总个数：N＝nd2v0t1电场力对每个颗粒所做的功与其到下金属板的偏移量y成正比，则对所有颗粒做功的平均值等于电场对距离下金属板处的颗粒所做的功(其他类似表达也给分)所以W＝N·＝0.01J【答案】(1)(2)400V(3)0.01J二、磁场中的科技应用例1．(20120·安徽省示范高中考试)如图所示为一种质谱仪的工作原理示意图，此质谱仪由以下几部分构成：离子源、加速电场、静电分析器、磁分析器、收集器。静电分析器通道中心线MN所在圆的半径为R，通道内有均匀辐射的电场，中心线处的电场强度大小为E；磁分析器中分布着方向垂直于纸面，磁感应强度为B的匀强磁场，磁分析器的左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源发出一个质量为m、电荷量为＋q的离子(初速度为零，重力不计)，经加速电场加速后进入静电分析器，沿中心线MN做匀速圆周运动，而后由P点进入磁分析器中，最终经过Q点进入收集器(进入收集器时速度方向与O2P平行)。下列说法正确的是()A．磁分析器中匀强磁场的方向垂直于纸面向内B．加速电场中的加速电压U＝ERC．磁分析器中轨迹圆心O2到Q点的距离d＝D．任何带正电的离子若能到达P点，则一定能进入收集器【解析】该离子在磁分析器中沿顺时针方向转动，所受洛伦兹力指向圆心，根据左手定则...
