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精英家教网汤姆孙测定阴极射线粒子比荷的实验原理如图所示,阴极发出的电子束沿直线射到荧光屏上的O点时,出现一个光斑.在垂直于纸面的方向上加一个磁感应强度为3.0×10-4T的匀强磁场后,电子束发生偏转,沿半径为7.2cm的圆弧运动,打在荧光屏上的P点.然后在磁场区域加一个竖直向下的匀强电场,电场强度的大小为1.14×103V/m时,光斑P又回到O点,求电子的比荷.
分析:只受到洛伦兹力,根据牛顿第二定律列式;再根据电场力与洛伦兹力平衡列式,即可求解.
解答:解:只加磁场时,电子仅受洛伦兹力作用做匀速圆周运动,轨道半径设为r,
由牛顿第二定律知:qvB=m
v2
r
,
比荷为:
q
m
=
v
Br
…①
加上电场E以后,使偏转的电子束回到原来的直线上,是因为电子受到的电场力Eq和洛伦兹力qvB平衡,
因此有:Eq=qvB…②
由①②式得:
q
m
=
E
rB2
=
1.14×103
7.2×10-2×(3.0×10-4)2
C/kg=1.76×1011C/kg.
答:电子的比荷1.76×1011C/kg.
点评:考查粒子做匀速圆周运动与匀速直线运动中,洛伦兹力提供向心力,及洛伦兹力与电场力平衡的应用,注意掌握牛顿第二定律的运用,当心计算的正确性.
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