8. 2016年3月10日,我國(guó)科學(xué)家宣布利用超強(qiáng)超短激光成功產(chǎn)生了反物質(zhì).成功觀測(cè)到正電子(質(zhì)量和電子相等,是電子的反粒子,相對(duì)電子帶等量異種電荷).如圖所示,區(qū)域I加速電場(chǎng)電壓為U1,區(qū)域Ⅱ偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)電壓為U2,區(qū)域Ⅲ是右側(cè)足夠大有左邊界的勻強(qiáng)磁場(chǎng).磁感應(yīng)強(qiáng)度為B.一束由正電子、${\;}_{1}^{1}$ H、${\;}_{1}^{2}$ H組成的粒子流在O1處?kù)o止開(kāi)始先經(jīng)U1加速,再經(jīng)U2偏轉(zhuǎn)后進(jìn)入右側(cè)勻強(qiáng)磁場(chǎng),且均能從區(qū)域Ⅲ的左邊界離開(kāi)磁場(chǎng).若不計(jì)粒子重力及粒子間相互作用,則( 。
A.三種粒子在電場(chǎng)中會(huì)分為三束
B.三種粒子在磁場(chǎng)中會(huì)分為三束
C.${\;}_{1}^{1}$ H、${\;}_{1}^{2}$ H兩種粒子進(jìn)磁場(chǎng)位置和出磁場(chǎng)位置間的距離比為1:$\sqrt{2}$
D.若給區(qū)域Ⅲ再加上垂直于紙面向里的某勻強(qiáng)磁場(chǎng),${\;}_{1}^{1}$ H恰能沿直線運(yùn)動(dòng),則此種情況下${\;}_{1}^{2}$ H在區(qū)域Ⅱ中也作直線運(yùn)動(dòng)

分析 根據(jù)動(dòng)能定理求出帶電粒子離開(kāi)加速電場(chǎng)時(shí)的速度,在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中粒子做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng),根據(jù)運(yùn)動(dòng)的合成與分解,結(jié)合運(yùn)動(dòng)學(xué)公式求出粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中的側(cè)移大小表達(dá)式,求出粒子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)的速度方向,在磁場(chǎng)中洛倫茲力提供向心力,根據(jù)半徑公式和幾何關(guān)系分析求解

解答 解:A、粒子經(jīng)過(guò)加速電場(chǎng)后速度為${v}_{0}^{\;}$根據(jù)動(dòng)能定理有$q{U}_{1}^{\;}=\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}$,粒子在偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)中做類(lèi)平拋運(yùn)動(dòng)水平方向:$L={v}_{0}^{\;}t$,豎直方向:$y=\frac{1}{2}a{t}_{\;}^{2}$,加速度:$q\frac{{U}_{2}^{\;}}chmyzfo=ma$
聯(lián)立得$y=\frac{{U}_{2}^{\;}{L}_{\;}^{2}}{4d{U}_{1}^{\;}}$,三種粒子在電場(chǎng)中的側(cè)移相同,與粒子的質(zhì)量和電荷量無(wú)關(guān),所以三種粒子在電場(chǎng)中不會(huì)分為三束,故A錯(cuò)誤
B、三種粒子在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力,做勻速圓周運(yùn)動(dòng),根據(jù)$qvB=m\frac{{v}_{\;}^{2}}{R}$,得半徑$R=\frac{mv}{qB}$
三種粒子離開(kāi)偏轉(zhuǎn)電場(chǎng)時(shí)速度設(shè)為v,方向與水平方向的夾角為θ,則$v=\frac{{v}_{0}^{\;}}{cosθ}$
$tanθ=\frac{{v}_{y}^{\;}}{{v}_{0}^{\;}}=\frac{at}{{v}_{0}^{\;}}=\frac{\frac{q{U}_{2}^{\;}}{md}\frac{L}{{v}_{0}^{\;}}}{{v}_{0}^{\;}}=\frac{{U}_{2}^{\;}L}{2d{U}_{1}^{\;}}$,三種粒子進(jìn)入勻強(qiáng)磁場(chǎng)時(shí)的方向與粒子所帶的電荷量和質(zhì)量無(wú)關(guān),故三種粒子從同一位置以相同的方向進(jìn)入磁場(chǎng),
$R=\frac{m{v}_{0}^{\;}}{qBcosθ}=\frac{m\sqrt{\frac{2q{U}_{1}^{\;}}{m}}}{qBcosθ}$=$\frac{\sqrt{2qm{U}_{1}^{\;}}}{qBcosθ}=\frac{1}{Bcosθ}\sqrt{\frac{2m{U}_{1}^{\;}}{q}}$,三種粒子的電荷量相同,質(zhì)量不同,故!粒子在磁場(chǎng)中會(huì)分成三束,故B正確
C、粒子進(jìn)出磁場(chǎng)兩個(gè)位置間的距離$△l=2Rcosθ=2×\frac{1}{Bcosθ}\sqrt{\frac{2m{U}_{1}^{\;}}{q}}cosθ$=$\frac{2}{B}\sqrt{\frac{2m{U}_{1}^{\;}}{q}}∝\sqrt{m}$,則${\;}_{1}^{1}$ H、${\;}_{1}^{2}$ H兩種粒子進(jìn)磁場(chǎng)位置和出磁場(chǎng)位置間的距離比$1:\sqrt{2}$,故C正確;
D、若給區(qū)域Ⅲ再加上垂直于紙面向里的某勻強(qiáng)磁場(chǎng),磁場(chǎng)方向與原磁場(chǎng)方向相同,合磁場(chǎng)垂直紙面向里,${\;}_{1}^{1}$ H不能沿直線運(yùn)動(dòng),仍做勻速圓周運(yùn)動(dòng),但半徑減小,故D錯(cuò)誤
故選:BC

點(diǎn)評(píng) 本題是帶電粒子在組合場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題,關(guān)鍵是分析粒子的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況,用力學(xué)的方法處理.

練習(xí)冊(cè)系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

18.木塊A、B分別重50N和30N,它們與水平地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.2.與A、B相連接的輕彈簧被壓縮了5cm,系統(tǒng)置于水平地面上靜止不動(dòng).已知彈簧的勁度系數(shù)為100N/m.用F=2N的不變力作用在木塊A上,如圖所示.力F作用后( 。
A.木塊A所受摩擦力大小是9N,方向向右
B.木塊A所受摩擦力大小是3N,方向向右
C.木塊B所受摩擦力大小是9N,方向向左
D.木塊B所受摩擦力大小是3N,方向向左

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

19.用m、h分別表示同步衛(wèi)星的質(zhì)量和它離地面的高度,R、ω分別表示地球半徑和自轉(zhuǎn)角速度,g表示地球表面的重力加速度,則同步衛(wèi)星所受地球?qū)λ娜f(wàn)有引力大小是( 。
A.2RB.$\frac{mg{R}^{2}}{(R+h)^{2}}$C.m$\root{3}{{R}^{2}g{ω}^{4}}$D.2(R+h)

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:實(shí)驗(yàn)題

16.某實(shí)驗(yàn)小組用圖甲所示裝置研究系統(tǒng)在金屬軌道上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒:將一端帶有滑輪的長(zhǎng)金屬軌道水平放置,重物通過(guò)細(xì)繩水平牽引小車(chē)沿軌道運(yùn)動(dòng),利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和紙帶記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng). 
(1)本實(shí)驗(yàn)中小車(chē)質(zhì)量不需要(填“需要”、“不需要”)遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量;
(2)將小車(chē)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,將穿好的紙帶拉直,接通電源,釋放小車(chē).圖乙是打出的一條清晰紙帶,O點(diǎn)是打下的第一個(gè)點(diǎn),1、2、3、4、5是連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn),O點(diǎn)和計(jì)數(shù)點(diǎn)1之間還有多個(gè)點(diǎn)(圖中未畫(huà)出),相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為0.02s.在打計(jì)數(shù)點(diǎn)4時(shí)小車(chē)的速度v=2.03m/s(保留三位有效數(shù)字).若已知重物的質(zhì)量為m,小車(chē)的質(zhì)量為M,則從點(diǎn)O到點(diǎn)4的過(guò)程中,系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能為5.18mJ,增加的動(dòng)能為2.65(m+M)J(g取9.8m/s2,數(shù)字保留兩位小數(shù)).

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:計(jì)算題

3.40kg的女孩騎自行車(chē)帶30kg的男孩(如圖所示),行駛速度2.5m/s.自行車(chē)行駛時(shí),男孩要從車(chē)上下來(lái).
(1)他知道如果直接跳下來(lái),他可能會(huì)摔跤,為什么?
(2)男孩要以最安全的方式下車(chē),計(jì)算男孩安全下車(chē)的瞬間,女孩和自行車(chē)的速度.
(3)以自行車(chē)和兩個(gè)孩子為系統(tǒng),試比較計(jì)算在男孩下車(chē)前、后整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)能值,并解釋之.

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

13.下列關(guān)于起電的說(shuō)法錯(cuò)誤的是( 。
A.不管是何種起電方式,都要遵循電荷守恒定律
B.摩擦起電時(shí),失去電子的物體帶正電,得到電子的物體帶負(fù)電
C.摩擦和感應(yīng)都能使電子轉(zhuǎn)移,只不過(guò)前者使電子從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體上,而后者則使電子從物體的一部分轉(zhuǎn)移到另一部分
D.一個(gè)帶電體接觸一個(gè)不帶電的物體,則兩個(gè)物體帶上等量異種電荷

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

20.如圖為氫原子的能級(jí)示意圖,鋅的逸出功是3.34eV,那么對(duì)氫原子在能級(jí)躍遷過(guò)程中發(fā)射或吸收光子的特征認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤的是(  )
A.一群處于n=3能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),能放出3種不同頻率的光
B.用能量為10.3 eV的光子照射,可使處于基態(tài)的氫原子躍遷到激發(fā)態(tài)
C.一群處于n=3能級(jí)的氫原子向基態(tài)躍遷時(shí),發(fā)出的光照射鋅板,鋅板表面所發(fā)出的光電子的最大初動(dòng)能為8.75 eV
D.用能量為14.0 eV的光子照射,可使處于基態(tài)的氫原子電離

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:多選題

17.下列說(shuō)法中正確的是( 。
A.同一種液體的飽和汽壓隨溫度的升高而增大
B.第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)違反能量守恒定律
C.熱量不可能自發(fā)地從低溫物體傳向高溫物體
D.高原地區(qū)水的沸點(diǎn)較低,這是高原地區(qū)溫度較低的緣故

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科目:高中物理 來(lái)源: 題型:選擇題

18.下列錯(cuò)誤的是( 。
A.牛頓發(fā)現(xiàn)擺的等時(shí)性
B.伽利略首先將物理實(shí)驗(yàn)事實(shí)和邏輯
C.卡文迪許測(cè)量了萬(wàn)有引力常量
D.洛倫茲發(fā)現(xiàn)了磁場(chǎng)對(duì)運(yùn)用電荷的作用公式

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