一束质子发生了侧向偏转,造成这个偏转的原因可否是(1)电场?(2)磁场?(3)若是电场或者是磁场在起作用,如何判断是哪一种场?
一束质子发生了侧向偏转,造成这个偏转的原因可否是(1)电场?(2)磁场?(3)若是电场或者是磁场在起作用,如何判断是哪一种场?
题目解答
答案
(1)质子的侧向偏转可能是由电场造成的。根据公式F=qE,电场力与电荷q和电场强度E的乘积成正比,当质子带有电荷且在电场中运动时,电场力会对质子产生侧向偏转的影响。
(2)质子的侧向偏转也可能是由磁场造成的。根据公式F=qv×B,磁场力与电荷q、速度v和磁场强度B的矢量积成正比,当质子带有电荷且在磁场中运动时,磁场力会对质子产生侧向偏转的影响。
(3)判断是哪一种场对质子产生了影响,可以观察质子的运动情况。如果质子发生回旋运动,则说明磁场对质子产生了作用;如果质子只发生侧向偏转而没有回旋运动,则说明电场对质子产生了作用。
综上所述,质子发生侧向偏转的原因可能是电场或者磁场,可以通过观察质子的运动情况来判断。如果质子发生回旋运动,则是磁场作用;如果质子只发生侧向偏转而没有回旋运动,则是电场作用。
因此,答案为:(1)电场可以造成质子偏转;(2)磁场也可以造成质子偏转;(3)通过观察质子的运动情况可以判断是电场还是磁场在起作用。
解析
本题考查带电粒子在电场和磁场中的受力与运动规律。核心思路在于理解电场力与磁场力的作用特点:
- 电场力方向始终与电场方向一致,会使粒子发生匀变速运动(如类似平抛运动);
- 磁场力方向始终与粒子速度方向垂直,会使粒子发生匀速圆周运动(回旋运动)。
破题关键:通过观察粒子的运动轨迹特征(是否出现回旋)来区分受力来源。
第(1)题
质子带正电,若存在电场,则质子会受到电场力 $F = qE$。当电场方向与质子初速度方向不共线时,电场力会使质子发生类似平抛运动的侧向偏转。
第(2)题
质子在磁场中运动时,受到洛伦兹力 $F = qvB \sin\theta$($\theta$ 为速度与磁场方向的夹角)。若磁场方向与质子初速度方向不平行,洛伦兹力会使质子发生圆周运动,轨迹偏离原方向。
第(3)题
观察运动轨迹特征
- 电场作用:质子在电场力作用下做匀加速运动,轨迹为抛物线,速度方向逐渐与电场方向一致。
- 磁场作用:质子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动,轨迹呈回旋状,速度方向不断改变但速率不变。
实验判断方法
通过实验观察质子的运动轨迹:
- 若轨迹为平滑曲线且速度逐渐增大,则为电场;
- 若轨迹为圆形且速度大小恒定,则为磁场。