高中物理 帶電粒子比荷類試題歸類解析

1、帶電粒子比荷類高考試題歸類解析應用電場和磁場的有關知識求解帶電粒子比荷類試題是近幾年高考常見的考題，這類試題考查學生把所學的知識用來解決實際問題的能力，體現(xiàn)了物理與科學、技術、社會的結合和聯(lián)系，符合新課程標準?，F(xiàn)就這類試題歸類解析： 一、用平衡求解 1用帶電粒子在勻強電場中平衡求比荷 例1電子的比荷最早由美國科學家密立根通過油滴實驗測出，如圖兩塊水平放置的平行金屬板上下極板與電源正負極相接，上下極板分別帶正負電荷，油滴從噴霧器噴出后，由于摩擦而起電，油滴進入上板中央小孔后落到勻強電場中，通過顯微鏡可以觀察到油滴的運動，兩金屬板間距為d，不計空氣阻力和浮力，調節(jié)兩板

2、的電勢差，當U=U0時，使油滴做勻速直線運動，求油滴的比荷。   解析：油滴勻速運動受電場力和重力平衡，油滴帶負電，由平衡條件得 2用帶電粒子在電磁場平衡求比荷 （96年全國高考）設在地面上方的真空室內，存在勻強電場和勻強磁場，已知電場強度和磁感應強度的方向是相同的E=40v/m，B=015T，今有一個帶負電的質點以v=20m/s的速度在此區(qū)域內沿垂直于磁場方向作勻速直線運動，求此質點的電量和質量之比以及磁場的所有可能方向。 解析：根據帶電粒子做勻速直線運動的條件得知，此粒子受重力、電場力和洛侖茲力的合力必定為零，由此可知三力在同一豎

3、直平面內，如圖，質點的速度垂直紙面向外，因質點帶負電，電場方向和電場力的方向相反，磁場方向也與電場力的方向相反，設磁場方向與重力方向成角，由平衡條件   解得     且斜向下的一切方向。 二、用偏轉求解 1用帶電粒子在電場中偏轉求比荷 （04年江蘇）湯姆遜用來測定電子的比荷實驗裝置如下：真空管內的陰極K發(fā)出電子，（不計初速，重力和電子間相互作用）經加速電壓加速后，穿過A的中心小孔沿中心軸O/O的方向進入到兩塊水平正對旋轉的平行極板P和P/間的區(qū)域，當極板間不加偏轉電壓時，電子束打在熒光屏的中心O點，形成

4、一個亮點；加上偏轉電壓U后，亮點偏轉到O/點，O與O/點的豎直間距為d，水平間距可以忽略此時在P和P/間的區(qū)域內，再加一個方向垂直于紙面向里的勻強磁場，調節(jié)磁場的強弱，當磁感應強度的大小為B時，亮點重先回到O點，已知極板水平方向的長度為L1板間距離為b，板右端到熒光屏的距離為L2如圖所示，求（1）打在熒光屏O點的電子速度的大小，（2）推導電子的比荷表達式。   解析：（1）當電子受到電場力與洛侖茲力相等時，電子做勻速直線運動，亮點重先回到O點，由得 （2）當板間僅有偏轉電場時，電子以速度v進入后，豎直方向作勻加速直線運動，加速度為，電子在水平方向做勻速直

5、線運動，在電場中運動時間 這樣，電子在豎直方向偏轉的距離為 離開電場時豎直方向的分速度為，電子離開電場后做勻速直線運動，經t2時間到達熒光屏，這段時間內電子向上運動的距離為，電子向上的總偏轉距離為 解之 2帶電粒子在勻強磁場中偏轉求比荷 （01年全國高考）如圖所示，在<0的區(qū)域內存在勻強磁場，磁場方向垂直xy平面并指向紙面外，磁感應強度為B，一帶正電的粒子以速度0從O點射入磁場，入射方向在平面內，與軸正向的夾角為，若粒子射出磁場的位置與點的距離為L求粒子的電量與質量之比  解析：由洛侖茲力提供向心力得 

6、60; 由幾何關系得    3帶電粒子在電場和磁場的復合場中偏轉比荷類試題 質譜儀是一種測帶電粒子質量和分析同位素的重要工具，現(xiàn)有一質譜儀，粒子源產生出質量為m電量為的速度可忽略不計的正離子，出來的離子經電場加速，從點沿直徑方向進入磁感應強度為B半徑為R的勻強磁場區(qū)域，調節(jié)加速電壓U使離子出磁場后能打在過點并與垂直的記錄底片上某點上，測出點與磁場中心點的連線物夾角為，求證：粒子的比荷  證明：離子從粒子源出來后在加速電場中運動 由得，  離子以此速度垂直進入磁場即     三

7、、用電磁場截止法求解 如圖所示是是對光電效應中產生的光電子進行比荷測定的原理圖，兩塊平行金屬板相距很近，板間距為d，放在真空中，其中N為鋅板，受紫外線照射后將激發(fā)出沿不同方向的光電子，光電子打在M板上形成電流，引起微安表偏轉，若調節(jié)變阻器R，逐漸增大兩板間電壓，可以使光電流逐漸減小到零，當電壓表讀數為U時，電流恰好為零，打開電鍵，在MN之間加一垂直紙面的磁場，逐漸增大磁感應強度，也能使光電流逐漸減小到零，此時的磁感應強度為B，那么光電子的比荷是多少？  解析：當電壓表的示數為U時，光電流恰好為零，可知，光電子的最大初動能為打開電鍵，在MN之間加一垂直紙面的磁場，隨

8、B的增大，也能使光電流為零，最大初動能的光電子做圓周運動的直徑為板間距d      四、雙電容法求解 測量電子的比荷精確的現(xiàn)代代方法之一是雙電容法，在真空管中由陰極K發(fā)出的電子，其初速度為零此電子被陰極K和陽極A間電場加速后穿過屏障D1上的小孔，然后按順序穿過電容器C1、屏障D2上小孔和第二個電容器C2而射到熒光屏F上，陽極和陰極間的電壓為U。分別在電容器上加有頻率f的完全相同的交流電壓，C1之間的距離為L，選擇頻率使電子束在熒光屏上亮點不發(fā)生偏轉。試證明：電子的比荷為。（n為整數）  解析：由于電子通過電容器的時

9、間極短，在此極短時間內可以認為加在電容器C1、C2兩端交流電壓值不變，因而，要使電子通過C1與C2時，其電場方向恰好相反，那么電子通過兩電容器間的距離所需要的時間滿足 n=1，2，3，電子經過KA間電場加速時獲得的速度v滿足，解得。 五、用磁聚焦法測比荷 如圖是用磁法測量電子比荷的實驗裝置示意圖。在抽空的真空玻璃管中有熱陰極K和有小孔的陽極A，在AK之間加電壓U時電子被加速從A孔射入，然后沿直線進入電容器C，在電容器C上加一較小交變電壓，不同時刻的電子進入電容器C的過程中被橫向偏轉加速，射出電容器C后橫向速度不同（其橫向位移很?。┰陔娙萜饔覀燃右凰椒较虻膭驈姶艌?，電子在C的右側將做螺旋運動，調節(jié)B的大小，使電