带电粒子的荷质比是一个重要的物理量。某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的荷质比，实验装置如图所示。（1）他们的主要

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带电粒子的荷质比

是一个重要的物理量。某中学物理兴趣小组设计了一个实验，探究电场和磁场对电子运动轨迹的影响，以求得电子的荷质比，实验装置如图所示。

（1）他们的主要实验步骤如下：
A．首先在两极板M₁M₂之间不加任何电场、磁场，开启阴极射线管电源，发射的电子束从两极板中央通过，在荧屏的正中心处观察到一个亮点；
B．在M₁M₂两极板间加合适的电场：加极性如上图所示的电压，并逐步调节增大，使荧屏上的亮点逐渐向荧屏下方偏移，直到荧屏上恰好看不见亮点为止，记下此时外加电压U。请问本步骤的目的是什么？
C．保持步骤B中的电压U不变，对M₁M₂区域加一个大小、方向合适的磁场B，使荧屏正中心处重现亮点，试问外加磁场的方向如何？
（2）根据上述实验步骤，同学们正确地推算出电子的荷质比与外加电场、磁场及其他相关量的关系为

。一个同学说，这表明电子的荷质比大小将由外加电压决定，外加电压越大则电子的荷质比越大，你认为他的说法正确吗？为什么？

答案

解：(1)B．使电子刚好落在正极板的近荧屏端边缘，利用已知量表达q/m
C．设板间距为h，电子在电场中做类平抛运动，屏上恰好看不到亮点时，电子刚好落在近荧屏端边缘，沿电场方向位移为

，则有

再结合加上磁场B时，电子束不偏转，洛伦兹力与电场力平衡，

两式联立有

因M₂带正电，电子受到向下的电场力，所以洛伦兹力方向向上，根据左手定则可判出磁场方向垂直纸面向外
(2)荷质比是带电粒子的电荷量与质量的比值，而电荷量、质量都是粒子本身的固有属性，故荷质比也是粒子的固有属性，与外界条件无关

举一反三

在暗室的真空装置中做如下实验：在竖直放置的平行金属板间的匀强电场中，有一个能产生α、β、γ三种射线的射线源。从射线源射出的一束射线垂直于电场方向射入电场，如图所示，在与射线源距离为H高处，水平放置两张叠放着的、涂药面朝下的印像纸（比一般纸厚且涂有感光药的纸）。经射线照射一段时间后两张印像纸显影。
(1)上面的印像纸有几个暗斑？各是什么射线的痕迹？
(2)下面的印像纸显出一串三个暗斑，试估算中间暗斑与两边暗斑的距离之比。
(3)若在此空间再加上与电场方向垂直的匀强磁场，一次使α射线不偏转，一次使β射线不偏转，则两次所加匀强磁场的磁感应强度之比是多少？（已知：m_α=4 u，

，

，v_β=c）。

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汤姆生用来测定电子的比荷(电子的电荷量与质量之比)的实验装置如图所示，真空管内的阴极K发出的电子(不计初速、重力和电子间的相互作用)经加速电压加速后，穿过A"中心的小孔沿中心轴O₁O的方向进入到两块水平正对放置的平行极板P和P"间的区域。当极板间不加偏转电压时，电子束打在荧光屏的中心O点处，形成了一个亮点；加上偏转电压U后，亮点偏离到O"点，(O"与O点的竖直间距为d，水平间距可忽略不计。此时，在P和P"间的区域，再加上一个方向垂直于纸面向里的匀强磁场。调节磁场的强弱，当磁感应强度的大小为B时，亮点重新回到O点。已知极板水平方向的长度为L₁，极板间距为b，极板右端到荧光屏的距离为L₂(如图所示)。
(1)求打在荧光屏O点的电子速度的大小。
(2)推导出电子的比荷的表达式。

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如图，空间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向为y轴正方向，磁场方向垂直于xy平面（纸面）向外，电场和磁场都可以随意加上或撤除，重新加上的电场或磁场与撤除前的一样。一带正电荷的粒子从P(x＝0，y＝h)点以一定的速度平行于x轴正向入射。这时若只有磁场，粒子将做半径为R₀的圆周运动；若同时存在电场和磁场，粒子恰好做直线运动。现在，只加电场，当粒子从P点运动到x＝R₀平面（图中虚线所示）时，立即撤除电场同时加上磁场，粒子继续运动，其轨迹与x轴交于M点。不计重力，求：
（1）粒子到达x＝R₀平面时速度方向与x轴的夹角以及粒子到x轴的距离；
（2）M点的横坐标x_M。

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有人设想用下图所示的装置来选择密度相同、大小不同的球状纳米粒子。粒子在电离室中电离后带正电，电量与其表面积成正比。电离后，粒子缓慢通过小孔O₁进入极板间电压为U的水平加速电场区域1，再通过小孔O₂射入相互正交的恒定匀强电场、磁场区域II，其中磁场的磁感应强度大小为B，方向如图。收集室的小孔O₃与O₁、O₂在同一条水平线上。半径为r₀的粒子，其质量为m₀、电量为q₀，刚好能沿O₁O₃直线射入收集室。不计纳米粒子重力。（

）
（1）试求图中区域II的电场强度；
（2）试求半径为r的粒子通过O₂时的速率；
（3）讨论半径r≠r₀的粒子刚进入区域II时向哪个极板偏转。

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如图所示，在足够大的空间范围内，同时存在着竖直向上的匀强电场和垂直纸面向里的水平匀强磁场，磁感应强度B=1.57T。小球1带正电，其电量与质量之比q₁/m₁=4C/kg，所受重力与电场力的大小相等；小球2不带电，静止放置于固定的水平悬空支架上。小球1向右以v₀=23.59m/s的水平速度与小球2正碰，碰后经过0.75s再次相碰。设碰撞前后两小球带电情况不发生改变，且始终保持在同一竖直平面内。（取g=10m/s²）问：
（1）电场强度E的大小是多少？
（2）两小球的质量之比

是多少？

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