Question

三種粒子（均不計重力）：質(zhì)子、氘核和α粒子由靜止開始在同一勻強電場中加速后，從同一位置沿水平方向射入圖中虛線框內(nèi)區(qū)域，虛線框內(nèi)區(qū)域加有勻強電場或勻強磁場，以下對帶電粒子進(jìn)入框內(nèi)區(qū)域后運動情況分析正確的是（ ）

A．區(qū)域內(nèi)加豎直向下方向的勻強電場時，三種帶電粒子均可分離
B．區(qū)域內(nèi)加豎直向上方向的勻強電場時，三種帶電粒子均不能分離
C．區(qū)域內(nèi)加垂直紙面向里的勻強磁場時，三種帶電粒子均可分離
D．區(qū)域內(nèi)加垂直紙面向外的勻強磁場時，三種帶電粒子均不能分離

Answer 1

【答案】分析：三個粒子先以加速電場加速，再進(jìn)入電場或磁場．進(jìn)入電場中做類平拋運動，進(jìn)入磁場做勻速圓周運動．先根據(jù)動能定理得到加速獲得的速度表達(dá)式，運用運動的分解，由牛頓第二定律和運動學(xué)公式推導(dǎo)出粒子經(jīng)過電場的偏轉(zhuǎn)距離，若偏轉(zhuǎn)距離都相同，則不能分離．根據(jù)牛頓第二定律得到磁場中圓周運動的半徑表達(dá)式，再進(jìn)行分析．
解答：解：加速電場中，由動能定理得
   qU=，①
A、B進(jìn)入電場時：若電場沿豎直方向，水平方向做勻速直線運動，豎直方向做初速度為零的勻加速運動，則
  水平方向：L=vt  ②
  豎直方向：y==  ③
聯(lián)立①②③得：偏轉(zhuǎn)距離y=
可見，三個粒子通過相同水平距離L時，偏轉(zhuǎn)距離y相同，則它們的軌跡重合，所以只要電場在豎直方向上同，三種帶電粒子均不能分離．故A錯誤，B正確．
C、D進(jìn)入磁場時，則洛倫茲力提供向心力，軌跡半徑為r= ④
由①④得r=
可見軌跡半徑r與比荷的平方根成反比，由于氘核和α粒子的比荷相等，半徑相等，質(zhì)子的比荷最大，半徑最小，所以氘核和α粒子這兩種粒子不能分離，質(zhì)子與它們能分離．故C、D錯誤．
故選B
點評：本題是帶電粒子進(jìn)入組合場的問題，根據(jù)電場偏轉(zhuǎn)距離、磁場中軌跡半徑，判斷能否分離．