题目内容

14.如图所示•两个带正电的粒子P、Q(重力不计)分别以2v、v的速度垂直磁场方向射入扇形匀强磁场区域(边界为$\frac{1}{4}$圆弧,O点为圆心),两粒子速度方向平行,其中速度为2v的粒子P沿半径AO方向射入磁场,速度为v的粒子Q从C点进入磁场,C到AO的距离正好等于磁场边界圆的一半.若两粒子都从D点离开磁场,则(  )
A.两粒子运动的轨道半径不相等B.两粒子在磁场中运动的时间相等
C.P、Q两粒子的比荷之比1:2D.P、Q两粒子的比荷之比2:1

分析 粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,作出粒子的运动轨迹,应用数学知识与牛顿第二定律分析答题.

解答 解:粒子运动轨迹如图所示:

A、粒子1从A点正对圆心射入,恰从D点射出,粒子在你磁场中运动的圆心角为90°,粒子轨道半径等于DO,
粒子2从C点沿CB射入其运动轨迹如图所示,设对应的圆心为O1,运动轨道半径也为DO=R,连接O1C、O1D,
O1COD是平行四边形,O1D=CO,则两粒子的轨道半径相等,故A错误;
BCD、据$qvB=m\frac{{v}^{2}}{R}$粒子在磁场中轨道半径R=$\frac{mv}{qB}$可知,两粒子速度比为2:1,轨道半径相等,比荷$\frac{q}{m}$之比为2:1,故C错误,D正确;
由于比荷之比为2:1,据周期公式T=$\frac{2πm}{qB}$,可得两粒子在磁场中运动的周期之比为1:2,据粒子在磁场中运动时间t=$\frac{θ}{2π}T$,由于两粒子在磁场中转过的角度之比为3:2,周期之比为1:2,所以可得时间之比为3:4,故B错误.
故选:D.

点评 本题考查了粒子在匀强磁场中的运动,粒子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,作出粒子运动轨迹、应用数学知识、周期公式即可正确解题.

练习册系列答案
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4.图甲为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图.砂和砂桶的总质量为m,小车和砝码的总质量为M.实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小.

(1)(单选)实验中,为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力,先调节长木板一端滑轮的高度,使细线与长木板平行.接下来还需要进行的一项操作是B.
A.将长木板水平放置,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,给打点计时器通电,调节m的大小,使小车在砂和砂桶的牵引下运动,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
B.将长木板的一端垫起适当的高度,让小车连着已经穿过打点计时器的纸带,撤去砂和砂桶,给打点计时器通电,轻推小车,从打出的纸带判断小车是否做匀速运动
C.将长木板的一端垫起适当的高度,撤去纸带以及砂和砂桶,轻推小车,观察判断小车是否做匀速运动
(2)(单选)实验中要进行质量m和M的选取,以下最合理的一组是C.
A.M=200g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
B.M=200g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
C.M=400g,m=10g、15g、20g、25g、30g、40g
D.M=400g,m=20g、40g、60g、80g、100g、120g
(3)图乙是实验中得到的一条纸带,A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点,相邻的两个计数点之间还有四个点未画出,量出相邻的计数点之间的距离分别为:sAB=4.22cm、sBC=4.65cm、sCD=5.08cm、sDE=5.49cm,sEF=5.91cm,sFG=6.34cm.已知打点计时器的工作频率为50Hz,则小车的加速度大小a=0.42m/s2.(结果保留两位有效数字).

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