Question

16．英国物理学家阿斯顿首次制成了质谱仪，并用它确定了同位素的普遍存在．若两种带电粒子a、b（不计重力）由S₁射入质谱仪后的运动轨迹如图所示，则下列说法中正确的是（　　）

• A． 两种粒子都带负电
• B． 金属板P₁、P₂间电场方向水平向左
• C． b粒子的速度大于a粒子的速度
• D． a粒子的比荷大于b粒子的比荷

Answer 1

分析 由图可知，粒子进入匀强磁场B₂中受到洛伦兹力而做匀速圆周运动，根据粒子向左偏转，即可知粒子所受的洛伦兹力方向向左，由左手定则可判断粒子的电性．
粒子速度选择器中受到电场力和洛伦兹力两个作用，电场力不变，速度方向不变，可知洛伦兹力与电场力应平衡，由左手定则判断出洛伦兹力方向，由平衡条件即可确定出金属板P₁、P₂间电场方向．
粒子进入匀强磁场B₂中受到洛伦兹力而做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得到半径表达式，根据半径公式分析半径越大时，粒子的质量和比荷的大小．

解答 解：A、由图可知，带电粒子进入匀强磁场B₂时向左偏转，所以粒子所受的洛伦兹力方向向左，根据左手定则判断得知该束粒子带正电．故A错误．
B、在平行金属板中受到电场力和洛伦兹力两个作用而做匀速直线运动，由左手定则可知，洛伦兹力方向竖直向左，则电场力方向向右，粒子带正电，电场强度方向向右．故B错误．
C、在平行金属板中受到电场力和洛伦兹力两个作用而做匀速直线运动，qE=qvB₁，所以：$v=\frac{E}{{B}_{1}}$，b粒子的速度等于a粒子的速度．故C错误；
D、粒子进入匀强磁场B₂中受到洛伦兹力而做匀速圆周运动，由牛顿第二定律得：
qvB₂=m$\frac{{v}^{2}}{r}$，
得：r=$\frac{mv}{q{B}_{2}}$
可见，由于v是一定的，B₂不变，半径r越大，则$\frac{q}{m}$越小，a粒子的比荷大于b粒子的比荷．故D正确．
故选：D

点评 本题关键要理解速度选择器的原理：电场力与洛伦兹力，粒子的速度一定．粒子在磁场中偏转时，由洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律则可得到半径．