题目内容

13.容器中有质子${\;}_1^1H$,α粒子${\;}_2^4He$的混合物,为了把它们分开,先让它们从静止开始经电场加速,穿出加速电场后,第一种:垂直进入匀强电场;第二种:垂直进入匀强磁场,利用电场或磁场使它们偏转,最后穿出电场或磁场,从而达到分开的目的.对于上述两种情况,能使质子和α粒子分开的是(不计粒子重力)(  )
A.两种情况都能使质子和α粒子分开
B.两种情况都不能使质子和α粒子分开
C.进入电场后可以分开进入磁场不能分开
D.进入电场后不能分开进入磁场能够分开

分析 根据动能定理可求得两粒子加速后的动能和速度;再分别对进入电场和磁场中进入分析,根据电场中的类平抛运动规律和磁场中圆周运动规律进行分析,得出偏转位移和半径公式即可明确能否散开,从而确定能否分析.

解答 解:设加速电场电压为U,则在电场中加速过程,根据动能定理有:
Uq=$\frac{1}{2}$mv2;
进入电场时,粒子做类平抛运动,设电场强度为E,则在垂直电场线方向上有:
l=vt
沿电场线方向上有:x=$\frac{1}{2}a{t}^{2}$=$\frac{1}{2}\frac{Eq{l}^{2}}{m{v}^{2}}$=$\frac{E{l}^{2}}{4U}$,则可知,偏转位移与荷质比无关,故无法将两种粒子分开;
进入磁场时,根据洛伦兹力充当向心力则有:
Bqv=m$\frac{{v}^{2}}{R}$
解得:R=$\frac{mv}{Bq}$=$\frac{1}{B}\sqrt{\frac{2mU}{q}}$,因荷质比不同,则两种粒子运动半径不同,故在磁场中散开;
由以上分析可知,D正确,ABC错误.
故选:D.

点评 本题考查带电粒子在电场和磁场中的运动规律分析,要注意明确带电粒子在电场中做类平抛运动或匀变速运动,而在磁场中做匀速圆周运动,要注意体会两种方法的不同.

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