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(yīng)用電場和磁場的有關(guān)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(xué)生把所學(xué)的知識用來解決實際問題的能力，體現(xiàn)了物理與科學(xué)、技術(shù)、社會的結(jié)合和聯(lián)系，符合新課程標(biāo)準(zhǔn)?，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(qiáng)電場中平衡求比荷 例1電子的比荷最早由美國科學(xué)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(fù)極相接，上下極板分別帶正負(fù)電荷，油滴從噴霧器噴出后，由于摩擦而起電，油滴進(jìn)入上板中央小孔后落到勻強(qiáng)電場中，通過顯微鏡可以觀察到油滴的運(yùn)動，兩金屬板間距為d，不計空氣阻力和浮力，調(diào)節(jié)兩板

2、的電勢差，當(dāng)U=U0時，使油滴做勻速直線運(yùn)動，求油滴的比荷。   解析：油滴勻速運(yùn)動受電場力和重力平衡，油滴帶負(fù)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(shè)在地面上方的真空室內(nèi)，存在勻強(qiáng)電場和勻強(qiáng)磁場，已知電場強(qiáng)度和磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向是相同的E=40v/m，B=015T，今有一個帶負(fù)電的質(zhì)點以v=20m/s的速度在此區(qū)域內(nèi)沿垂直于磁場方向作勻速直線運(yùn)動，求此質(zhì)點的電量和質(zhì)量之比以及磁場的所有可能方向。 解析：根據(jù)帶電粒子做勻速直線運(yùn)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(nèi)，如圖，質(zhì)點的速度垂直紙面向外，因質(zhì)點帶負(fù)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(shè)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(zhuǎn)求解 1用帶電粒子在電場中偏轉(zhuǎn)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(nèi)的陰極K發(fā)出電子，（不計初速，重力和電子間相互作用）經(jīng)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(jìn)入到兩塊水平正對旋轉(zhuǎn)的平行極板P和P/間的區(qū)域，當(dāng)極板間不加偏轉(zhuǎn)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(zhuǎn)電壓U后，亮點偏轉(zhuǎn)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(nèi)，再加一個方向垂直于紙面向里的勻強(qiáng)磁場，調(diào)節(jié)磁場的強(qiáng)弱，當(dāng)磁感應(yīng)強(qiáng)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(dǎo)電子的比荷表達(dá)式。   解析：（1）當(dāng)電子受到電場力與洛侖茲力相等時，電子做勻速直線運(yùn)動，亮點重先回到O點，由得 （2）當(dāng)板間僅有偏轉(zhuǎn)電場時，電子以速度v進(jìn)入后，豎直方向作勻加速直線運(yùn)動，加速度為，電子在水平方向做勻速直

5、線運(yùn)動，在電場中運(yùn)動時間 這樣，電子在豎直方向偏轉(zhuǎn)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(yùn)動，經(jīng)t2時間到達(dá)熒光屏，這段時間內(nèi)電子向上運(yùn)動的距離為，電子向上的總偏轉(zhuǎn)距離為 解之 2帶電粒子在勻強(qiáng)磁場中偏轉(zhuǎn)求比荷 （01年全國高考）如圖所示，在<0的區(qū)域內(nèi)存在勻強(qiáng)磁場，磁場方向垂直xy平面并指向紙面外，磁感應(yīng)強(qiáng)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(nèi)，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(zhì)量之比  解析：由洛侖茲力提供向心力得 

6、60; 由幾何關(guān)系得    3帶電粒子在電場和磁場的復(fù)合場中偏轉(zhuǎn)比荷類試題 質(zhì)譜儀是一種測帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，現(xiàn)有一質(zhì)譜儀，粒子源產(chǎn)生出質(zhì)量為m電量為的速度可忽略不計的正離子，出來的離子經(jīng)電場加速，從點沿直徑方向進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B半徑為R的勻強(qiáng)磁場區(qū)域，調(diào)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(yùn)動 由得，  離子以此速度垂直進(jìn)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(yīng)中產(chǎn)生的光電子進(jìn)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(zhuǎn)，若調(diào)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(dāng)電壓表讀數(shù)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(yīng)強(qiáng)度，也能使光電流逐漸減小到零，此時的磁感應(yīng)強(qiáng)度為B，那么光電子的比荷是多少？  解析：當(dāng)電壓表的示數(shù)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(yùn)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(zhuǎn)。試證明：電子的比荷為。（n為整數(shù)）  解析：由于電子通過電容器的時

9、間極短，在此極短時間內(nèi)可以認(rèn)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(jīng)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(jìn)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(jìn)入電容器C的過程中被橫向偏轉(zhuǎn)加速，射出電容器C后橫向速度不同（其橫向位移很小）在電容器右側(cè)加一水平方向的勻強(qiáng)磁場，電子在C的右側(cè)將做螺旋運(yùn)動，調(diào)節(jié)B的大小，使電