20．帶電粒子的荷質(zhì)比$\frac{q}{m}$是一個重要的物理量．某中學物理興趣小組設(shè)計了一個實驗，探究電場和磁場對電子運動軌跡的影響，以求得電子的荷質(zhì)比，實驗裝置如圖所示．

①他們的主要實驗步驟如下：
A．首先在兩極板M1M2之間不加任何電場、磁場，開啟陰極射線管電源，發(fā)射的電子從兩極板中央通過，在熒幕的正中心處觀察到一個亮點；
B．在M1M2兩極板間加合適的電場：加極性如圖13所示的電壓，并逐步調(diào)節(jié)增大，使熒幕上的亮點逐漸向熒幕下方偏移，直到熒幕上恰好看不見亮點為止，記下此時外加電壓為U．請問本步驟目的是什么？
C．保持步驟B中的電壓U不變，對M1M2區(qū)域加一個大小、方向合適的磁場B，使熒幕正中心重現(xiàn)亮點，試問外加磁場的方向如何？
②根據(jù)上述實驗步驟，同學們正確推算處電子的荷質(zhì)比與外加電場、磁場及其他相關(guān)量的關(guān)系為$\frac{q}{m}=\frac{U}{{{B^2}{d^2}}}$．一位同學說，這表明電子的荷質(zhì)比將由外加電壓決定，外加電壓越大則電子的荷質(zhì)比越大，你認為他的說法正確嗎？為什么？

分析 帶電粒子在電場中做類平拋運動，將運動分解成沿電場強度方向與垂直電場強度方向，當熒幕上恰好看不見亮點時，帶點粒子正好打在正極板的近熒光屏端邊緣，根據(jù)運動學基本公式即可求解$\frac{q}{m}$，使熒幕正中心重現(xiàn)亮點，則要受到向上的洛倫茲力，根據(jù)左手定則即可判斷磁場的方向，電子的荷質(zhì)比是電子的固有參數(shù)，與外加電壓無關(guān)．

解答 解：①電子在電場中做類平拋運動，當熒幕上恰好看不見亮點時，電子正好打在正極板的近熒光屏端邊緣，根據(jù)運動學基本公式即可求解$\frac{q}{m}$，使熒幕正中心重現(xiàn)亮點，則要受到向上的洛倫茲力，根據(jù)左手定則可知，磁場方向垂直紙面向外；
②說法不正確，電子的荷質(zhì)比是電子的固有參數(shù)，與外加電壓無關(guān)．
答：①B．使電子剛好落在正極板的近熒光屏端邊緣，利用已知量表達$\frac{q}{m}$；C．垂直紙面向外；
②說法不正確，電子的荷質(zhì)比是電子的固有參數(shù)．

點評 本題要求同學們掌握在衰變過程中質(zhì)量數(shù)和電荷數(shù)是守恒的，會判斷帶電粒子在電場或磁場中的受力情況，難度適中．

練習冊系列答案
相關(guān)習題

科目：高中物理 來源： 題型：多選題

10．在傾角為θ的光滑斜面上，相距均為d的三條水平虛線l1、l2、l3，它們之間的區(qū)域Ⅰ、Ⅱ分別存在垂直斜面向下和垂直斜面向上的勻強磁場，磁感應(yīng)強度大小均為B，一個質(zhì)量為m、邊長為d、總電阻為R的正方形導線框，從l1上方一定高處由靜止開始沿斜面下滑，當ab邊剛越過l1進入磁場Ⅰ時，恰好以速度v1做勻速直線運動；當ab邊在越過l2運動到l3之前的某個時刻，線框又開始以速度v2做勻速直線運動，重力加速度為g．在線框從釋放到穿出磁場的過程中，下列說法正確的是（　　）
A．線框中感應(yīng)電流的方向會改變
B．線框ab邊從l1運動到l2所用時間大于從l2運動到l3所用時間
C．線框以速度v2勻速直線運動時，發(fā)熱功率為$\frac{{{m^2}{g^2}R}}{{4{B^2}{d^2}}}$sin2θ
D．線框從ab邊進入磁場到速度變?yōu)関2的過程中，減少的機械能△E機與線框產(chǎn)生的焦耳熱Q電的關(guān)系式是△E機=WG+$\frac{1}{2}$mv12-$\frac{1}{2}$mv22+Q電

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

11．如圖甲所示，在xOy平面（y軸沿豎直方向）的矩形區(qū)域MNPQ內(nèi)存在平行于y軸方向的勻強電場，其電場強度E隨時間t變化的規(guī)律如圖乙所示（沿y軸正向為其正方向），該矩形區(qū)域的長和寬分別為a=40cm和b=20cm，且下邊界PQ與x軸重合，坐標原點O為下邊界PQ的中點；在矩形區(qū)域MNPQ內(nèi)有一個半徑R=10cm的虛線圓（O點在虛線圓上），在虛線圓區(qū)域內(nèi)還存在垂直于xOy平面向外的勻強磁場，其磁感應(yīng)強度B隨時間t變化的規(guī)律如圖丙所示．在t=0時刻，一質(zhì)量m=9.0×10-9kg、帶電荷量q=+9.0×10-6C的小球，以v0=10m/s的初速度沿y 軸正向從O點射入虛線圓區(qū)域，取重力加速度g=10m/s2．

（1）分析小球在虛線圓區(qū)域內(nèi)的運動情況，畫出其運動軌跡的示意圖，并確定小球在虛線圓區(qū)域內(nèi)的運動時間及離開該區(qū)域時的位置坐標．
（2）確定小球從矩形區(qū)域離開時的位置坐標．

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

8．電視機顯像管（抽成真空玻璃管）的成像原理主要是靠電子槍產(chǎn)生高速電子束，并在變化的磁場作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)，打在熒光屏不同位置上發(fā)出熒光而成像．顯像管的原理示意圖（俯視圖）如圖甲所示，在電子槍右側(cè)的偏轉(zhuǎn)線圈可以產(chǎn)生使電子束沿紙面發(fā)生偏轉(zhuǎn)的磁場（如圖乙所示），其磁感應(yīng)強度B=μNI，式中μ為磁常量，N為螺線管線圈的匝數(shù)，I為線圈中電流的大小．由于電子的速度極大，同一電子穿過磁場過程中可認為磁場沒有變化，是穩(wěn)定的勻強磁場．
已知電子質(zhì)量為m，電荷量為e，電子槍加速電壓為U，磁通量為μ，螺線管線圈的匝數(shù)為N，偏轉(zhuǎn)磁場區(qū)域的半徑為r，其圓心為O點．當沒有磁場時，電子束通過O點，打在熒光屏正中的M點，O點到熒光屏中心的距離OM=L．若電子被加速前的初速度和所受的重力、電子間的相互作用力以及地磁場對電子束的影響均可忽略不計，不考慮相對論效應(yīng)以及磁場變化所激發(fā)的電場對電子束的作用．
（1）求電子束經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場后打到熒光屏上P點時的速率；
（2）若電子束經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場后速度的偏轉(zhuǎn)角=60°，求此種情況下電子穿過磁場時，螺線管線圈中電流的大��；
（3）當線圈中通入如圖丙所示的電流，其最大值為第（2）問中電流的0.5倍，求電子束打在熒光屏上發(fā)光形成“亮線”的長度．

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科目：高中物理 來源： 題型：選擇題

15．如圖所示，在垂直紙面向里的勻強磁場的邊界上，有兩個質(zhì)量和電量均相同的正、負離子（不計重力），從點O以相同的速度先后射入磁場中，入射方向與邊界成θ角，則關(guān)于正、負離子在磁場中的運動，下列說法錯誤的是（　�。�
A．運動軌跡的半徑相同
B．運動時間相同
C．重新回到邊界時的速度的大小和方向相同
D．重新回到邊界的位置與O點距離相等

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科目：高中物理 來源： 題型：選擇題

5．一個電子以速度v0垂直進入偏轉(zhuǎn)電場，并能飛出偏轉(zhuǎn)電場，已知兩偏轉(zhuǎn)極板間電壓為U，要使電子落在極板上而不飛出偏轉(zhuǎn)電場，則應(yīng)采取的措施是（　�。�
A．增大v0，減小UB．增大v0，U不變C．增大v0，增大UD．v0不變，減小U

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

12．如圖所示，在平行金屬帶電極板MN電場中將電荷量為-4×10-6C的點電荷從A點移到M板，電場力做負功8×10-4 J，把該點電荷從A點移到N板，電場力做正功為4×10-4J，N板接地，設(shè)地面為零勢面．則
（1）A點的電勢φA是多少？
（2）UMN等于多少伏？
（3）M板的電勢φM是多少？

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科目：高中物理 來源： 題型：選擇題

9．物體靜止在水平桌面上，下列說法正確的是（　　）
A．物體對桌面的壓力是由于地球的吸引產(chǎn)生的
B．物體受到向上的支持力是由于桌面發(fā)生形變引起的
C．桌面受到向下的彈力是由于桌面發(fā)生形變引起的
D．物體對桌面的壓力就是物體所受的重力

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科目：高中物理 來源： 題型：計算題

10．如圖所示，質(zhì)量為0.2kg的物體帶電量為+4×10-4C，從半徑為0.3m的光滑的1/4圓弧的絕緣滑軌上端靜止下滑到底端，然后繼續(xù)沿水平面滑動．物體與水平面間的滑動摩擦系數(shù)為0.4，整個裝置處于E=103N/C的勻強電場中．
（1）若E水平向左，求物體在水平面上滑行的最大距離．
（2）若E豎直向下，求物體運動到圓弧軌道最低點A點時，對軌道的壓力的大�。灰约拔矬w在水平上滑行的最大距離．

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