如圖所示,設空間存在豎直向下的勻強電場和垂直紙面向裏的勻強磁場,已知一離子在電場力和洛侖茲力的作用下,從靜止開...
問題詳情:
如圖所示,設空間存在豎直向下的勻強電場和垂直紙面向裏的勻強磁場,已知一離子在電場力和洛侖茲力的作用下,從靜止開始自A點沿曲線ACB運動,到達B點時速度為零,C點是運動的最低點,忽略重力,以下説法不正確的是()
A. 這離子必帶正電荷
B. A點和B點位於同一高度
C. 離子到達B點時,將沿原曲線返回A
D. 點離子在C點時速度最大
【回答】
考點: 帶電粒子在勻強磁場中的運動;牛頓第二定律;向心力.
專題: 帶電粒子在磁場中的運動專題.
分析: 帶電粒子由靜止釋放(不考慮重力),在電場力的作用下會沿電場向下運動,在運動過程中,帶電粒子會受到洛倫茲力,所以粒子會沿逆時針方向偏轉,到達C點時,洛倫茲力方向向上,此時粒子具有最大速度,在之後的運動中,粒子的電勢能會增加速度越來越小,到達B點時速度為零.之後粒子會繼續向右重複由在由A經C到B的運動形式.
解答: 解:
A、從圖中可以看出,上極板帶正電,下極板帶負點,帶電粒子由靜止開始向下運動,説明受到向下的電場力,可知粒子帶正電.選項A正確.
B、離子具有速度後,它就在向下的電場力F及總與速度心垂直並不斷改變方向的洛侖茲力f作用下沿ACB曲線運動,因洛侖茲力不做功,電場力做功等於動能的變化,而離子到達B點時的速度為零,所以從A到B電場力所做正功與負功加起來為零.這説明離子在電場中的B點與A點的電勢能相等,即B點與A點位於同一高度.B選項正確.
C、只要將離子在B點的狀態與A點進行比較,就可以發現它們的狀態(速度為零,電勢能相等)相同,如果右側仍有同樣的電場和磁場的疊加區域,離子就將在B之右側重現前面的曲線運動,因此,離子是不可能沿原曲線返回A點的.如圖所示.選項C錯誤.
D、在由A經C到B的過程中,在C點時,電勢最低,此時粒子的電勢能最小,由能量守恆定律可知此時具有最大動能,所以此時的速度最大.選項D正確.
本題選錯誤的,故選C.
點評: 帶電粒子在複合場中運動問題的分析思路
1.正確的受力分析
除重力、*力和摩擦力外,要特別注意電場力和磁場力的分析.
2.正確分析物體的運動狀態
找出物體的速度、位置及其變化特點,分析運動過程.如果出現臨界狀態,要分析臨界條件.
帶電粒子在複合場中做什麼運動,取決於帶電粒子的受力情況.
(1)當粒子在複合場內所受合力為零時,做勻速直線運動(如速度選擇器).
(2)當帶電粒子所受的重力與電場力等值反向,洛倫茲力提供向心力時,帶電粒子在垂直於磁場的平面內做勻速圓周運動.
(3)當帶電粒子所受的合力是變力,且與初速度方向不在一條直線上時,粒子做非勻變速曲線運動,這時粒子的運動軌跡既不是圓弧,也不是拋物線,由於帶電粒子可能連續通過幾個情況不同的複合場區,因此粒子的運動情況也發生相應的變化,其運動過程也可能由幾種不同的運動階段所組成.
知識點:質譜儀與迴旋加速器
題型:選擇題