Thành phần nào không bị lệch hướng trong trường điện? Đáp án chính xác

Câu hỏi trắc nghiệm: Chiếu một chùm tia phóng xạ vào giữa hai bản tụ điện tích điện. Thành phần nào không bị lệch hướng trong trường điện?

A. Tia alpha (α)

B. Tia beta âm (β⁻)

C. Tia beta dương (β⁺)

D. Tia gamma (γ)

Đáp án đúng là D. Tia gamma (γ). Tia gamma là sóng điện từ, không mang điện tích, nên khi đi qua trường điện giữa hai bản tụ, nó không chịu lực điện và truyền thẳng không đổi hướng.

Vì sao tia gamma không bị lệch trong trường điện?

Tia gamma (γ) là bức xạ điện từ có bước sóng cực ngắn (dưới 0,01 nm), thuộc cùng họ với ánh sáng và tia X nhưng có năng lượng cao hơn nhiều. Điểm mấu chốt: tia gamma không mang điện tích — nó là các photon, tức hạt lượng tử của trường điện từ, hoàn toàn trung hòa về điện.

Lực điện tác dụng lên một hạt trong trường điện đều được tính bằng công thức F = qE, trong đó q là điện tích của hạt và E là cường độ điện trường. Với tia gamma, q = 0, do đó F = 0 — không có lực nào tác dụng lên nó dù trường điện mạnh đến đâu. Kết quả là tia gamma đi thẳng xuyên qua khoảng giữa hai bản tụ mà không lệch về phía bản nào.

Cùng lý do đó, tia gamma cũng không bị lệch trong trường từ (vì lực Lorentz F = qv × B cũng bằng 0 khi q = 0). Đây là tính chất nhất quán của mọi bức xạ trung hòa điện.

Vì sao các phương án còn lại đều bị lệch hướng?

Ba phương án A, B, C đều sai vì tia alpha và cả hai loại tia beta đều mang điện tích — chúng chịu lực điện và bị lệch hướng rõ rệt khi đi vào trường điện.

Tia alpha (α) gồm các hạt nhân helium-4 (²He⁴), mang điện tích +2e. Khi vào trường điện, tia alpha bị lệch về phía bản âm (catôt) vì lực điện kéo hạt dương về cực âm. Do khối lượng lớn, độ lệch của tia alpha nhỏ hơn so với tia beta ở cùng năng lượng, nhưng vẫn lệch rõ ràng.

Tia beta âm (β⁻) gồm các electron, mang điện tích −e. Chúng bị lệch về phía bản dương (anôt), ngược chiều với tia alpha. Vì khối lượng electron rất nhỏ, tia β⁻ bị lệch nhiều hơn tia alpha trong cùng điều kiện trường điện.

Tia beta dương (β⁺) gồm các positron, mang điện tích +e — đối xứng gương của electron. Tia β⁺ bị lệch về phía bản âm, cùng chiều với tia alpha nhưng lệch nhiều hơn vì nhẹ hơn nhiều so với hạt alpha.

Phương án dễ gây nhầm lẫn nhất thường là tia alpha, vì nhiều học sinh nhớ rằng tia alpha “nặng và chậm” nên nghĩ nó ít bị ảnh hưởng hơn — thậm chí “gần như không lệch”. Thực ra, tia alpha vẫn lệch hướng rõ ràng; chỉ là biên độ lệch nhỏ hơn so với beta, chứ không phải bằng không. Điều kiện để không lệch là điện tích bằng 0, không phải khối lượng lớn.

Mẹo nhận diện nhanh dạng câu hỏi tương tự

Với mọi câu hỏi về hành vi của các tia phóng xạ trong trường điện hoặc trường từ, nguyên tắc sàng lọc nhanh là: hỏi điện tích trước, hỏi khối lượng sau. Hạt nào có q = 0 thì không bị lệch trong cả hai loại trường — đó luôn là tia gamma (hoặc tia X, nơtron nếu đề đề cập). Hạt nào có q ≠ 0 thì chắc chắn bị lệch, chỉ khác nhau về chiều lệch (theo dấu điện tích) và độ lệch (theo khối lượng và vận tốc).

Một cách hình dung: đặt ba tia vào giữa hai bản tụ — tia gamma đi thẳng như mũi tên giữa, tia alpha và β⁺ cong về bản âm, tia β⁻ cong về bản dương. Hình ảnh chữ Y lật ngược với nhánh giữa thẳng đứng là cách nhiều giáo viên vật lý dùng để học sinh nhớ sơ đồ phân tách này.