空间存在着匀强磁场和匀强电场,磁场的方向垂直于纸面( 平面)向里,电场的方向沿 y 轴正方向。一带正电的粒子在电场和磁场的作用下,从坐标原点 O 由静止开始运动。下列四幅图中,可能正确描述该粒子运动轨迹的是( )
A . B .
C . D .
B
【详解】 解法一:
AC .在 xOy 平面内电场的方向沿 y 轴正方向,故在坐标原点 O 静止的带正电粒子在电场力作用下会向 y 轴正方向运动。磁场方向垂直于纸面向里,根据左手定则,可判断出向 y 轴正方向运动的粒子同时受到沿 x 轴负方向的洛伦兹力,故带电粒子向 x 轴负方向偏转。 AC 错误;
BD .运动的过程中在电场力对带电粒子做功,粒子速度大小发生变化,粒子所受的洛伦兹力方向始终与速度方向垂直。由于匀强电场方向是沿 y 轴正方向,故 x 轴为匀强电场的等势面,从开始到带电粒子偏转再次运动到 x 轴时,电场力做功为 0 ,洛伦兹力不做功,故带电粒子再次回到 x 轴时的速度为 0 ,随后受电场力作用再次进入第二象限重复向左偏转,故 B 正确, D 错误。
故选 B 。
解法二:
粒子在 O 点静止,对速度进行分解,分解为向 x 轴正方向的速度 v ,向 x 轴负方向的速度 v’ ,两个速度大小相等,方向相反。使得其中一个洛伦兹力平衡电场力,即
则粒子的在电场、磁场中的运动,可视为,向 x 轴负方向以速度 做匀速直线运动,同时在 x 轴上方做匀速圆周运动。
故选 B 。
质谱仪:
具有相同核电荷数而不同质量数的原子互称同位素,质谱仪是分离各种元素的同位素并测量它们质量的仪器,它由静电加速器、速度选择器、偏转磁场、显示屏等组成,它的结构原理如图所示。
如图所示,离子源S产生质量为m,电荷量为q的正离子(所受重力不计)。离子出来时速度很小(可忽略不计),经过电压为U的电场加速后进入磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动,经过半个周期到达记录它的照相底片P上,测得它在P上的位置到入口处的距离为L,则
联立求解得。
因此,只要知道q、B、L与U,就可计算出带电粒子的质量m。
速度选择器:
(1)平行板中电场强度E和磁感应强度B互相垂直,这种装置能把具有一定速度的粒子选择出来,所以叫做速度选择器,如图所示。
(2)带电粒子能够沿直线匀速通过速度选择器的条件是,即,与带电粒子的质量,所带电荷的正负、电荷量均无关,只与速度有关。
(3)若,粒子向电场力方向偏,电场力做正功,粒子动能增加;,粒子向磁场力方向偏,电场力做负功,动能减少。
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