10.兩個電荷量分別為+q和-q的帶電粒子分別以速度Va和Vb射入勻強磁場,兩粒子的入射方向與豎直磁場邊界的夾角分別為30°和60°,磁場寬度為d,兩粒子同時由A點出發(fā),同時到達(dá)與A等高的B點,如圖所示,則(  )
A.a粒子帶正電,b粒子帶負(fù)電B.兩粒子的軌道半徑之比Ra:Rb=1:$\sqrt{3}$
C.兩粒子的質(zhì)量之比ma:mb=1:2D.兩粒子的速度之比Va:Vb=2:$\sqrt{3}$

分析 兩異種電荷同時從A點不同角度射入勻強磁場后,又同時到達(dá)B點.由粒子的運動方向可確定粒子的電性;由于兩粒子的電量、所處的磁場均相同,則運動的周期與質(zhì)量成正比.由圖可知:AB連線即為兩粒子運動圓弧所對應(yīng)的弦,則兩圓弧的圓心在AB連線的中垂線上.從而由幾何關(guān)系可求出兩粒子的軌跡半徑之比,由運動圓弧對應(yīng)的圓心角及周期可確定粒子的質(zhì)量之比.

解答 解:A、a粒子是30°入射的,而b粒子是60°入射的,由于從B點射出,則a粒子受到的洛倫茲力方向沿b粒子速度方向,而b粒子受到的洛倫茲力方向沿a粒子速度方向,由磁場方向,得a粒子帶負(fù)電,而b粒子帶正電,故A錯誤;
B、如圖連接AB,AB連線是兩粒子的運動圓弧對應(yīng)的弦,則弦的中垂線(紅線)與各自速度方向的垂直線(虛線)的交點即為各自圓心.如圖:
結(jié)果發(fā)現(xiàn):1.AB的連線必然與磁場的邊界垂直;2.兩圓心的連線與兩個半徑構(gòu)成一個角為30°,另一個為60°的直角三角形.
根據(jù)幾何關(guān)系,則有兩半徑相比為Ra:Rb=1:$\sqrt{3}$,故B正確;
C、AB連線是兩粒子的運動圓弧對應(yīng)的弦,則弦的中垂線與各自速度方向直線的交點即為各自圓心.結(jié)果發(fā)現(xiàn):兩圓心的連線與兩個半徑構(gòu)成一個角為30°,另一個為60°的直角三角形.則a粒子圓弧對應(yīng)的圓心角為120°,而b粒子圓弧對應(yīng)的圓心角為60°.由于它們運動時間相等,所以它們的周期之比為Ta:Tb=1:2,則質(zhì)量之比ma:mb=1:2.故C正確;
D、由半徑公式可R=$\frac{mv}{qB}$可知:在磁場、電量一定的情況下,速度大小與粒子的質(zhì)量成反比,與軌跡的半徑成正比.所以速度大小之比va:vb=2:$\sqrt{3}$,故D正確;
故選:BCD.

點評 本題考查帶電粒子在磁場中的運動問題,要注意利用圓弧的特性來確定圓心,畫出圓弧并運用幾何關(guān)系來算出圓弧的半徑,同時還體現(xiàn)出控制變量的思想,是考查學(xué)生能力的好題.

練習(xí)冊系列答案
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A.膜內(nèi)電場強度約為5×105V/m
B.膜內(nèi)電場強度約為2×105V/m
C.每個鈉離子沿電場方向透過膜時電場力做功約為6.4×10 -20J
D.每個鈉離子沿電場方向透過膜時電場力做功約為1.6×10 -19J

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A.勻強電場的電場強度的大小為40 V/m
B.勻強電場的方向與直線fc平行且由f指向c
C.電子(不計重力)從O點由靜止釋放,一定沿線段Oc由O向c運動
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A.汽車在om段的平均速度大小為4m/s
B.汽車從m處運動到n處的時間為2s
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