Question

12．如圖所示，平行金屬板M、N之間有豎直向下的勻強電場，虛線下方有垂直紙面的勻強磁場，質(zhì)子和α粒子分別從上板中心S點由靜止開始運動，經(jīng)電場加速后從0點垂直磁場邊界進入勻強磁場，最后從a、b兩點射出磁場（不計重力），下列說法正確的是（　�。�

• A． 磁場方向垂直紙面向外
• B． 從a點離開的是α粒子
• C． 從b點離開的粒子在磁場中運動的速率較大
• D． 粒子從S出發(fā)到離開磁場，由b點離開的粒子所用時間較長

Answer 1

分析 本題考查的是帶電粒子先在勻強電場中加速，后在勻強磁場中做勻速圓周運動問題，由動能定理求出從電場離開的速度，由洛侖茲力提供向心力求出半徑，從而就能判斷出半徑與比荷的關(guān)系，由運動學(xué)公式求出時間，從而也能知道粒子在兩種場中運動總時間的長短．

解答 解：A、由左手定則，可以判定磁場方向是垂直于紙面向外，所以選項A正確．
B、設(shè)加速電壓為U，在加速電場中：Uq=$\frac{1}{2}m{v}^{2}$，在偏轉(zhuǎn)磁場中：$qvB=\frac{1}{2}m{v}^{2}$，聯(lián)立可得：$r=\frac{1}{B}\sqrt{\frac{2Um}{q}}$，由于α粒子是質(zhì)子的4倍，而電量是質(zhì)子的2倍，所以α粒子做勻速圓周運動的半徑大，從b點離開，則選項B錯誤．
C、由上述結(jié)論可得經(jīng)過加速電場后速度為$v=\sqrt{\frac{2Uq}{m}}$，由于α粒子的比荷小于質(zhì)子的比荷，所以從b點離開的α粒子速度小，選項C錯誤．
D、從S出發(fā)到離開磁場的時間t=t_電+t_磁=$\frac{2L}{v}+\frac{T}{2}=\frac{2L}{v}+\frac{πm}{qB}=2L\sqrt{\frac{m}{2Uq}}+\frac{πm}{qB}$，顯然比荷$\frac{q}{m}$越小，時間越大，即從b點離開的α粒子所用時間較長，所以選項D正確．
故選：AD

點評 本題涉及的是帶電粒子先在電場中加速，然后進入磁場中做勻速圓周運動，分別用動能定理和牛頓第二定律求出半徑，從而判斷出從a、b兩點離開的是哪種粒子，再由運動學(xué)公式求出在兩種場中運動的時間，從表達(dá)式可以看出哪種粒子的時間長．