题目内容

3.如图所示,在纸面内两条竖直直线之间存在匀强磁场,磁场方向垂直纸面向里.两个带电粒子a和b以相同的动能同时从A点出发,恰好在水平连线上的B点相遇(A和B是磁场边界上的两点),已知a和b的初始速度与AB连线夹角分别为60°和30°,不计重力.下列说法正确的是(  )
A.a粒子带正电荷,b粒子带负电荷B.a粒子带负电荷,b粒子带正电荷
C.a和b的质量之比为1:2D.a和b的质量之比为3:4

分析 结合体力画出粒子的轨迹,由左手定则判断电性.由几何知识得到半径,由牛顿第二定律和向心力公式得到质量之比.

解答 解:AB、据题磁场方向垂直纸面向里,在A处,a粒子所受的洛伦兹力垂直于初速度方向斜向右下方,由左手定则可知a粒子带负电荷,同理可知b粒子带正电荷.故A错误,B正确.
CD、画出a粒子的轨迹图如图,设AB=L,由几何知识可得其轨迹半径 ra=$\frac{\frac{1}{2}L}{cos60°}$=$\frac{L}{\sqrt{3}}$
同理,可得b粒子的轨迹半径 rb=L
由qvB=m$\frac{{v}^{2}}{r}$得 r=$\frac{mv}{qB}$=$\frac{\sqrt{2{mE}_{k}}}{qB}$,T=$\frac{2πr}{v}$=$\frac{2πm}{qB}$
由题分析:$\frac{1}{3}$Ta=$\frac{1}{6}{T}_{b}$,即$\frac{1}{3}•\frac{2π{m}_{a}}{{q}_{a}B}$=$\frac{1}{6}•\frac{2π{m}_{b}}{{q}_{b}B}$,得$\frac{{q}_{a}}{{q}_{b}}$=$\frac{2{m}_{a}}{{m}_{b}}$
由ra:rb=$\frac{\sqrt{2{m}_{a}{E}_{k}}}{{q}_{a}B}$:$\frac{\sqrt{2{m}_{b}{E}_{k}}}{{q}_{b}B}$=1:$\sqrt{3}$,解得:ma:mb=3:4,故C错误,D正确.
故选:BD.

点评 解决本题的关键作出粒子运动的轨迹图,结合半径公式和几何关系进行求解.

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