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题型：解答题题类：难易度：困难

2024届浙江省温州市高三上学期第一次适应性考试物理试题

如图所示，建立空间直角坐标系，位于P点（0，0，15R）的静止碳 14 原子核 $\text{[math]}$ 发生β衰变形成一个粒子源，在P点下方放置一半径为13R的足够长金属圆柱筒（圆柱筒接地且电阻不计），筒的轴线与y轴重合，圆柱筒外存在方向沿y轴正向的匀强磁场。已知衰变生成的电子的速率为v，质量为m，电荷量为e，不计粒子所受的重力、阻力和粒子间的相互作用。

（1）写出衰变方程，求某次衰变生成的电子和新原子核在 xoz平面内做圆周运动的半径之比；

（2）若该粒子源在xoz平面内向各个方向均匀发射n₀个电子和n₀个新原子核，且磁感应强度B可以保证所有新原子核恰好都无法打到圆筒上。

①求满足要求的磁感应强度 $\text{[math]}$

②圆筒上某区域内的同一位置先后两次接收到电子，该区域称为“二次感光区”，求打在“二次感光区”的电子总数n；

（3）若满足（2）问中的磁感应强度，使粒子源在与xOy平面平行的各个方向发射电子，某电子的运动轨迹恰与圆筒相切，求切点坐标。

举一反三

图中的（a）、（b）、（c）、（d）四幅图涉及不同的原子物理知识，其中说法正确的是（）

托卡马克是一种利用磁约束来实现受控核聚变的环形容器，如图1，它的中央是一个环形的真空室，外面缠绕着线圈，在通电的时候托卡马克的内部产生的磁场可以把高温条件下高速运动的离子约束在小范围内。图2为该磁约束装置的简化模型，两个圆心均在O点，半径分别为R和3R的圆环将空间分成区域Ⅰ和Ⅱ，区域Ⅰ内无磁场，区域Ⅱ内有方向垂直于纸面向里、大小为B的匀强磁场。如图3所示区域Ⅰ中有一群电量为+q、质量为m的带电粒子沿各个方向运动，不计一切阻力与粒子重力。求：

（1）这群带电粒子都可以被约束在此装置内的最大速度v₁；

（2）带电粒子从点O沿着区域Ⅰ的半径方向射入环形磁场，能约束在此装置的最大速度v₂；

（3）带电粒子从点O沿着区域Ⅰ的半径方向射入环形磁场到第一次返回圆形区域Ⅰ，在区域Ⅱ运动的最长时间。

生物研究中曾用 $\text{[math]}$ 标记噬菌体的蛋白质来研究遗传物质，磷（ $\text{[math]}$ ）也是最早用于临床的放射性核素之一、已知 $\text{[math]}$ 的半衰期为14.3天，只发生β衰变，产生β射线的最大能量为1.711MeV，下列说法正确的是（　　）

如图所示，直线OA与y轴的夹角 $\text{[math]}$ ，在此角范围内有沿y轴负方向的匀强电场，一质量为m、电荷量为 $\text{[math]}$ 的粒子以速度 $\text{[math]}$ 从y轴上P点平行于x轴射入电场，粒子经电场偏转并经过OA上的Q点进入一矩形匀强磁场区域（未画出，方向垂直纸面向外），并沿x轴负方向经过O点．已知O点到Q点的距离为6l，电场强度 $\text{[math]}$ 不计粒子的重力，则（　　）

如图所示，在矩形ABCD区域内存在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，AD边长为L，AB边长为 $\text{[math]}$ 。一质量为m、带电荷量为q的正粒子从A点沿纸面以与AD成30°角的方向射入磁场，粒子在磁场中运动的轨迹恰好与CD相切，不计粒子所受的重力。

如图，Ⅰ为半径为R的匀强磁场区域，圆心为O，在圆心正下方S处有一粒子发射源，均匀地向圆内各方向发射质量为m，电荷量为q，速率为v₀的带正电粒子，每秒钟共N个，其中射向O点的粒子恰好从C点射出；Ⅱ为由平行板电容器形成的匀强电场区域，上极板带正电，下极板接地，极板长度为L，极板间距为2R，场强 $\text{[math]}$ ；Ⅲ为宽度足够的匀强磁场区域，磁感应强度与Ⅰ相同。在Ⅲ区域的右侧竖直固定有平行板电容器，右极板带正电，左极板接地，AB为左极板上长度为 $\text{[math]}$ 的窄缝（窄缝不影响两极板间电场），电容器两极板电压为 $\text{[math]}$ ， O、C、A三点连线过Ⅱ区域轴线，不计粒子重力，各磁场方向如图所示，重力加速度为g。

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