如图所示,设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,已知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下,从静止开...
问题详情:
如图所示,设空间存在竖直向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场,已知一离子在电场力和洛仑兹力的作用下,从静止开始自A点沿曲线ACB运动,到达B点时速度为零,C点是运动的最低点,忽略重力,以下说法不正确的是()
A. 这离子必带正电荷
B. A点和B点位于同一高度
C. 离子到达B点时,将沿原曲线返回A
D. 点离子在C点时速度最大
【回答】
考点: 带电粒子在匀强磁场中的运动;牛顿第二定律;向心力.
专题: 带电粒子在磁场中的运动专题.
分析: 带电粒子由静止释放(不考虑重力),在电场力的作用下会沿电场向下运动,在运动过程中,带电粒子会受到洛伦兹力,所以粒子会沿逆时针方向偏转,到达C点时,洛伦兹力方向向上,此时粒子具有最大速度,在之后的运动中,粒子的电势能会增加速度越来越小,到达B点时速度为零.之后粒子会继续向右重复由在由A经C到B的运动形式.
解答: 解:
A、从图中可以看出,上极板带正电,下极板带负点,带电粒子由静止开始向下运动,说明受到向下的电场力,可知粒子带正电.选项A正确.
B、离子具有速度后,它就在向下的电场力F及总与速度心垂直并不断改变方向的洛仑兹力f作用下沿ACB曲线运动,因洛仑兹力不做功,电场力做功等于动能的变化,而离子到达B点时的速度为零,所以从A到B电场力所做正功与负功加起来为零.这说明离子在电场中的B点与A点的电势能相等,即B点与A点位于同一高度.B选项正确.
C、只要将离子在B点的状态与A点进行比较,就可以发现它们的状态(速度为零,电势能相等)相同,如果右侧仍有同样的电场和磁场的叠加区域,离子就将在B之右侧重现前面的曲线运动,因此,离子是不可能沿原曲线返回A点的.如图所示.选项C错误.
D、在由A经C到B的过程中,在C点时,电势最低,此时粒子的电势能最小,由能量守恒定律可知此时具有最大动能,所以此时的速度最大.选项D正确.
本题选错误的,故选C.
点评: 带电粒子在复合场中运动问题的分析思路
1.正确的受力分析
除重力、*力和摩擦力外,要特别注意电场力和磁场力的分析.
2.正确分析物体的运动状态
找出物体的速度、位置及其变化特点,分析运动过程.如果出现临界状态,要分析临界条件.
带电粒子在复合场中做什么运动,取决于带电粒子的受力情况.
(1)当粒子在复合场内所受合力为零时,做匀速直线运动(如速度选择器).
(2)当带电粒子所受的重力与电场力等值反向,洛伦兹力提供向心力时,带电粒子在垂直于磁场的平面内做匀速圆周运动.
(3)当带电粒子所受的合力是变力,且与初速度方向不在一条直线上时,粒子做非匀变速曲线运动,这时粒子的运动轨迹既不是圆弧,也不是抛物线,由于带电粒子可能连续通过几个情况不同的复合场区,因此粒子的运动情况也发生相应的变化,其运动过程也可能由几种不同的运动阶段所组成.
知识点:质谱仪与回旋加速器
题型:选择题
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