Question

2．在高能粒子研究中，往往要把一束含有大量质子和α粒子的混合粒子分离开，如图初速度可忽略的质子和α粒子，经电压为U的电场加速后，进入分离区．如果在分离区使用匀强电场或匀强磁场把粒子进行分离，所加磁场方向垂直纸面向里，所加电场方向竖直向下，则下列可行的方法是（　　）

• A． 只能用电场
• B． 只能用磁场
• C． 电场和磁场都可以
• D． 电场和磁场都不可以

Answer 1

分析 带电粒子加速后垂直进入匀强电场中将做类平抛运动，根据类平抛运动的规律分析带电粒子偏转距离，而偏转磁场是根据粒子在磁场中运动半径不同区分的，根据这个原理逐项分析即可．

解答 解：在加速电场中，由动能定理得：qU=$\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}$
若分离区加竖直向下的电场：
  设偏转电场的宽度为L，则在电场中偏转时有：
沿电场方向 y=$\frac{1}{2}a{t}^{2}$=$\frac{1}{2}•\frac{qE}{m}•（\frac{L}{{v}_{0}}）^{2}$=$\frac{qE{L}^{2}}{2m{v}_{0}^{2}}$
联立得粒子在分离区偏转距离 y=$\frac{E{L}^{2}}{4U}$，可知：加速电压U相同，偏转电场的E和L相同，y相同，所以不能将质子和α粒子进行分离．
若分离区加垂直纸面向里的磁场：
粒子进入偏转磁场时，轨迹半径 r=$\frac{m{v}_{0}}{qB}$=$\frac{1}{B}\sqrt{\frac{2mU}{q}}$，由于质子和α粒子的比荷不同，运动的半径r也不同，所以能将两种粒子分离．故ACD错误，B正确．
故选：B．

点评 解答本题的关键是知道偏转电场和偏转磁场区分粒子的原理，带电粒子垂直进入匀强电场中将做类平抛运动，根据打到下接板的位置区分带电粒子，而偏转磁场是根据粒子在磁场中运动半径不同区分的．