Kết quả tán xạ của hạt electron (q₁ = −1,6.10⁻¹⁹C) và positron (q₂ = +1,6.10⁻¹⁹C) trong máy gia tốc ở năng lượng cao cho ra hai hạt. Để xác định điện tích và khối lượng của hai hạt này, người ta cho chúng đi vào hai buồng đo có điện trường đều và cường độ điện trường \[\vec E\] như nhau theo phương vuông góc với đường sức. Hình ảnh quỹ đạo trong 1s ngay sau quá trình tán xạ với cùng tỉ lệ kích thước như hình dưới đây. Hai quỹ đạo cho ta biết:

 

Đáp án đúng là C

Phương pháp giải

Phân tích hình vẽ được cung cấp

Xác định dấu của điện tích từ lí thuyết về lực điện, điện trường

Sử dụng công thức: \[a = \frac{F}{m}\]

Lời giải

- Trong điện trường đều, lực tác dụng lên một hạt có điện tích q được xác định bởi: \[\vec F = q\vec E\]

- Nếu hạt mang điện tích âm, lực điện sẽ hướng ngược chiều với \[\vec E\]

- Nếu hạt mang điện tích dương, lực điện sẽ cùng chiều với \[\vec E\]

- Quan sát hình vẽ:

- Hạt (1) lệch lên → Lực điện hướng lên → Hạt (1) mang điện tích âm.

- Hạt (2) lệch xuống → Lực điện hướng xuống → Hạt (2) mang điện tích dương.

Vậy, ta có: q₁ < 0, q₂ > 0

- Dưới tác dụng của lực điện, hạt sẽ chuyển động cong theo gia tốc: \[a = \frac{F}{m} = \frac{{qE}}{m}\]

- Độ cong của quỹ đạo phụ thuộc vào tỉ số \[\frac{q}{m}\]

- Nếu hai hạt có cùng điện tích nhưng khác khối lượng, hạt có khối lượng nhỏ hơn sẽ bị lệch nhiều hơn.

- Nếu hai hạt có cùng khối lượng nhưng điện tích khác nhau về độ lớn, hạt có điện tích lớn hơn sẽ bị lệch nhiều hơn.

- Quan sát hình vẽ:

- Hạt (2) bị lệch nhiều hơn hạt (1) → Hạt (2) có gia tốc lớn hơn.

- Theo công thức \[a = \frac{{qE}}{m}\], điều này có thể do:

1. Hạt (2) có khối lượng nhỏ hơn hạt (1) (đáp án C).

2. Hạt (2) có điện tích lớn hơn hạt (1) (đáp án D).

- Vì bài toán không cho thông tin khối lượng, nhưng lại nói về "hai hạt mới" (có thể khác khối lượng), nên khả năng cao quỹ đạo bị lệch nhiều hơn là do sự khác biệt vè̀ khối lượng.

Từ đó thấy rằng: Đáp án đúng nhất là C: Hạt (1) có điện tích âm, hạt (2) có điện tích dương, hai hạt khác nhau về khối lượng.