用如圖所示的裝置來選擇密度相同、大小不同的球狀納米粒子.在電離室中使納米粒子電離后表面均勻帶正電,且單位面積的電量為q0.電離后,粒子緩慢通過小孔O1進入極板間電壓為U的水平加速電場區(qū)域I,再通過小孔O2射入相互正交的恒定勻強電場、勻強磁場區(qū)域II,其中電場強度為E,磁感應(yīng)強度為B、方向垂直紙面向外.收集室的小孔O3與O1、O2在同一條水平線上.已知納米粒子的密度為ρ,不計納米粒子的重力及納米粒子間的相互作用.(V=
4
3
πr3
,S=4πr2
(1)如果半徑為r0的某納米粒子恰沿直線O1O3射入收集室,求該粒子的速率和粒子半徑r0;
(2)若半徑為4r0的納米粒子進入?yún)^(qū)域II,粒子會向哪個極板偏轉(zhuǎn)?計算該納米粒子在區(qū)域II中偏轉(zhuǎn)距離為l(粒子在豎直方向的偏移量)時的動能;(r0視為已知)
(3)為了讓半徑為4r0的粒子沿直線O1O3射入收集室,可以通過改變那些物理量來實現(xiàn)?提出一種具體方案.
精英家教網(wǎng)
(1)半徑為r0的納米粒子在區(qū)域Ⅱ中沿直線運動,受到電場力和洛倫茲力作用
由F=qvB
F=Eq
得qvB=Eq       ①
v=
E
B

粒子在區(qū)域Ⅰ中加速運動,通過小孔O2時的速度為v
由動能定理    qU=
1
2
mv2

半徑為r0的納米粒子質(zhì)量m=ρ×
4
3
πr3

電量q=q0×4πr2
由②③④⑤式得   r0=
6q0UB2
ρE2

(2)由③④⑤式得半徑為r0的粒子速率v=
6q0U
ρr0

由⑦式判斷:粒子半徑為4 r0時,粒子速度v'=
v
2
,故F<F,粒子向上極板偏  
設(shè)半徑為4r0的粒子質(zhì)量m'、電量q',偏轉(zhuǎn)距離為l時的動能為Ek
解法一:粒子在區(qū)域Ⅰ、Ⅱ全過程中,由動能定理Ek=q'U+q'El⑧
q′=q0×4π(4r0)2
由⑧⑨式得粒子動能  Ek=64π
r20
q0(U+El)

解法二:粒子在區(qū)域Ⅱ中,由動能定理   Eq′l=EK-
1
2
m′v2
q′=q0×4π(4r0)2m′=ρ×
4
3
π(4r0)3

得   Ek=64π
r20
q0(U+El)

(3)由⑥式可知,粒子沿直線射入收集室可以通過改變電場強度E、磁感應(yīng)強度B和加速電壓U來實現(xiàn).
只改變電場強度E,使電場強度E為原來的
1
2
,則半徑為4r0的粒子受到的電場力與洛倫茲力平衡,能沿直線射入收集室.
答:(1)如果半徑為r0的某納米粒子恰沿直線O1O3射入收集室,則該粒子的速率為
E
B
,粒子半徑r0=
6q0UB2
ρE2

(2)若半徑為4r0的納米粒子進入?yún)^(qū)域II,粒子向上極板偏.該納米粒子在區(qū)域II中偏轉(zhuǎn)距離為l(粒子在豎直方向的偏移量)時的動能為Ek=64π
r20
q0(U+El)

(3)為了讓半徑為4r0的粒子沿直線O1O3射入收集室,可以只改變電場強度E,使電場強度E為原來的
1
2
,則半徑為4r0的粒子受到的電場力與洛倫茲力平衡,能沿直線射入收集室.
練習(xí)冊系列答案
相關(guān)習(xí)題

科目:高中物理 來源: 題型:

某同學(xué)用如圖所示的裝置來研究自由落體運動.
①下列有關(guān)操作的敘述正確的是
AC
AC

A.安裝打點計時器時要注意讓上下限位孔在同一豎直線上
B.將打點計時器與直流低壓電源連接
C.釋放紙帶時應(yīng)盡量讓重物靠近打點計時器
D.應(yīng)先釋放紙帶,然后接通電源
②實驗得到一條紙帶,測得各點之間的距離如圖所示.已知電源頻率為50Hz,則紙帶中相鄰兩點間的時間間隔是
0.02
0.02
s.從該紙帶可知,重物是做
勻變速
勻變速
(選填“勻速”、“勻變速”、“非勻變速”)運動,加速度大小a=
9.63
9.63
m/s2(保留三位有效數(shù)字).

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:

某學(xué)習(xí)小組用如圖所示的裝置來測量物體的帶電量:外表面鍍有金屬膜的空心塑料小球(帶電后可看作點電荷),用絕緣絲線懸掛于O點,O點固定著一個可測量絲線偏離豎直方向角度θ的量角器,M、N是兩塊相同的、正對著的平行放置的金屬板(加上電壓后其內(nèi)部電場可看作勻強電場).小球的質(zhì)量為m,M、N板之間的距離為d.
(1)使小球帶上一定量的負(fù)電荷后閉合電鍵,絲線將向
M
M
板偏轉(zhuǎn)(選填“M”或“N”);
(2)調(diào)節(jié)滑動變阻器R的滑片,讀出多組相應(yīng)的電壓表的示數(shù)U和絲線的偏轉(zhuǎn)角度θ.為得到小球的帶電量,可以以電壓U為橫坐標(biāo),以
tanθ
tanθ
為縱坐標(biāo)作出過原點的直線,求出直線的斜率k.
(3)小球的帶電量q=
mgd
k
mgd
k
.(用m、d、k等物理量表示)

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源: 題型:

某同學(xué)用如圖所示的裝置來研究自由落體運動.

1.下列有關(guān)操作的敘述正確的是

A.安裝打點計時器時要注意讓上下限位孔在同一豎直線上

B.將打點計時器與直流低壓電源連接

C.釋放紙帶時應(yīng)盡量讓重物靠近打點計時器

D.應(yīng)先釋放紙帶,然后接通電源

2.實驗得到一條紙帶,測得各點之間的距離如圖所示.已知電源頻率為50Hz, 則紙帶中相鄰兩點間的時間間隔是________s.從該紙帶可知,重物是做_______(選填“勻速”、“勻變速”、 “非勻變速”)運動,加速度大小a=________m/s2(保留三位有效數(shù)字).

 

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:2011-2012學(xué)年度廣東省徐聞中學(xué)高三物理寒假周測物理卷 題型:實驗題

某同學(xué)用如圖所示的裝置來研究自由落體運動.

【小題1】下列有關(guān)操作的敘述正確的是

A.安裝打點計時器時要注意讓上下限位孔在同一豎直線上
B.將打點計時器與直流低壓電源連接
C.釋放紙帶時應(yīng)盡量讓重物靠近打點計時器
D.應(yīng)先釋放紙帶,然后接通電源
【小題2】實驗得到一條紙帶,測得各點之間的距離如圖所示.已知電源頻率為50Hz, 則紙帶中相鄰兩點間的時間間隔是________s.從該紙帶可知,重物是做_______(選填“勻速”、“勻變速”、 “非勻變速”)運動,加速度大小a=________m/s2(保留三位有效數(shù)字).

查看答案和解析>>

科目:高中物理 來源:2012屆度廣東省高三物理寒假周測物理卷 題型:實驗題

某同學(xué)用如圖所示的裝置來研究自由落體運動.

1.下列有關(guān)操作的敘述正確的是

A.安裝打點計時器時要注意讓上下限位孔在同一豎直線上

B.將打點計時器與直流低壓電源連接

C.釋放紙帶時應(yīng)盡量讓重物靠近打點計時器

D.應(yīng)先釋放紙帶,然后接通電源

2.實驗得到一條紙帶,測得各點之間的距離如圖所示.已知電源頻率為50Hz, 則紙帶中相鄰兩點間的時間間隔是________s.從該紙帶可知,重物是做_______(選填“勻速”、“勻變速”、 “非勻變速”)運動,加速度大小a=________m/s2(保留三位有效數(shù)字).

 

查看答案和解析>>

同步練習(xí)冊答案