一电子和一 α 粒子从铅盒上的小孔 O 坚直向上射出后,打…——2023 高考物理第 5 题答案解析

2023_新课标卷 (2023·物理)

2023 全国 第 5 题 解答题 区分题
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5.一电子和一 $\alpha$ 粒子从铅盒上的小孔 $O$ 坚直向上射出后,打到铅盒上方水平放置的屏幕 $P$ 上的 $a$ 和 $b$ 两点,$a$ 点在小孔 $O$ 的正上方,$b$ 点在 $a$ 点的右侧,如图所示。已知 $\alpha$ 粒子的速度约为电子速度的 $\frac{1}{10}$ ,铅盒与屏幕之间存在匀强电场和匀强磁场,则电场和磁场方向可能为

A. 电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向里
B. 电场方向水平向左、磁场方向垂直纸面向外
C. 电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向里
D. 电场方向水平向右、磁场方向垂直纸面向外
参考答案

C

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【答案】C
【解析】
【详解】A.带电粒子在电场和磁场中运动,打到 $a$ 点的粒子电场力和洛伦兹力平衡,当电场向左磁场垂直直面向里时,$\alpha$ 粒子受到向左的电场力和洛伦兹力,电子受到向右的电场力和洛伦兹力均不能满足受力平衡打到 $a$ 点,A 错误;

B.电场方向向左,磁场方向向外,此时如果 $\alpha$ 粒子打在 $a$ 点则受到向左的电场力和向右的洛伦兹力平衡

$$ \begin{aligned} q E & =q v B \\ v & =\frac{E}{B} \end{aligned} $$

则电子速度大,受到向左的洛伦兹力大于向右的电场力向左偏转,同理如果电子打在 $a$ 点,则 $\alpha$ 粒子向左的电场力大于向右的洛伦兹力则向左偏转,均不会打在 $b$ 点,B 错误;

CD.电场方向向右,磁场垂直纸面向里,如果 $\alpha$ 粒子打在 $a$ 点,即向右的电场力和向左的洛伦兹力平衡

$$ \begin{aligned} q E & =q v B \\ v & =\frac{E}{B} \end{aligned} $$

电子速度大,受到向右的洛伦兹力大于向左的电场力向右偏转,同理如果电子打在 $a$ ,则 $\alpha$ 粒子向右的电场力大于向左的洛伦兹力向右偏转,均会打在 $b$ 点;同理电场向右磁场垂直纸面向外时,$\alpha$ 粒子受到向右的电场力和洛伦兹力,电子受到向左的电场力和洛伦兹力不能受力平衡打到 $a$ 点,故 C 正确 D 错误;故选 C。

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