Question

2．在高能粒子研究中，往往要把一束含有大量質子和α粒子的混合粒子分離開，如圖初速度可忽略的質子和α粒子，經電壓為U的電場加速后，進入分離區(qū)．如果在分離區(qū)使用勻強電場或勻強磁場把粒子進行分離，所加磁場方向垂直紙面向里，所加電場方向豎直向下，則下列可行的方法是（　�。�

• A． 只能用電場
• B． 只能用磁場
• C． 電場和磁場都可以
• D． 電場和磁場都不可以

Answer 1

分析 帶電粒子加速后垂直進入勻強電場中將做類平拋運動，根據類平拋運動的規(guī)律分析帶電粒子偏轉距離，而偏轉磁場是根據粒子在磁場中運動半徑不同區(qū)分的，根據這個原理逐項分析即可．

解答 解：在加速電場中，由動能定理得：qU=$\frac{1}{2}m{v}_{0}^{2}$
若分離區(qū)加豎直向下的電場：
  設偏轉電場的寬度為L，則在電場中偏轉時有：
沿電場方向 y=$\frac{1}{2}a{t}^{2}$=$\frac{1}{2}•\frac{qE}{m}•（\frac{L}{{v}_{0}}）^{2}$=$\frac{qE{L}^{2}}{2m{v}_{0}^{2}}$
聯(lián)立得粒子在分離區(qū)偏轉距離 y=$\frac{E{L}^{2}}{4U}$，可知：加速電壓U相同，偏轉電場的E和L相同，y相同，所以不能將質子和α粒子進行分離．
若分離區(qū)加垂直紙面向里的磁場：
粒子進入偏轉磁場時，軌跡半徑 r=$\frac{m{v}_{0}}{qB}$=$\frac{1}{B}\sqrt{\frac{2mU}{q}}$，由于質子和α粒子的比荷不同，運動的半徑r也不同，所以能將兩種粒子分離．故ACD錯誤，B正確．
故選：B．

點評 解答本題的關鍵是知道偏轉電場和偏轉磁場區(qū)分粒子的原理，帶電粒子垂直進入勻強電場中將做類平拋運動，根據打到下接板的位置區(qū)分帶電粒子，而偏轉磁場是根據粒子在磁場中運動半徑不同區(qū)分的．