- 二一组卷

题型：解答题题类：难易度：困难

2024届广东省普通高中高三上学期毕业班第二次调研考试物理卷

如图甲所示为一种可用于检测和分离同位素的装置，大量带电粒子从加速电场的上边缘由静止释放，通过宽度为L的狭缝MN，垂直进入磁感应强度为B的匀强磁场后，均打到照相底片上．若释放的粒子是质子和氘核，其电荷量均为 $\text{[math]}$ ，质量分别为m和2m，不考虑重力及粒子之间的相互作用。

（1）若加速电场的电势差为U，求质子打在照相底片上的位置到M点的最小距离；

（2）要使质子和氘核在照相底片上形成的谱线带能够完全分离，求加速电场的电势差应满足的条件；（用m、e、B、L表示）

（3）某同学将该装置的狭缝宽度减小到可忽略的程度，将狭缝下方的磁场改为水平向左、电场强度大小为E的匀强电场，并在狭缝MN下方距离为d处水平放置照相底片（如图乙），请推导静止释放的质子，通过两个电场后在照相底片上形成的谱线距狭缝的水平距离x与加速电场的电势差U的关系式，并判断该改装装置能否用于检测和分离同位素。

举一反三

质谱仪是最早用来测定微观粒子比荷 $\text{[math]}$ 的精密仪器，某一改进后带有速度选择器的质谱仪能更快测定粒子的比荷，其原理如图所示，A为粒子加速器，加速电压为 $\text{[math]}$ ， B为速度选择器，其中磁场与电场正交，磁场磁感应强度为 $\text{[math]}$ ，两板距离为d，C为粒子偏转分离器，磁感应强度为 $\text{[math]}$ ，今有一比荷未知的正粒子P，不计重力，从小孔 $\text{[math]}$ “飘入”（初速度为零），经加速后，该粒子从小孔 $\text{[math]}$ 以速度v进入速度选择器B并恰好通过，粒子从小孔 $\text{[math]}$ 进入分离器C后做匀速圆周运动，打在照相底片D点上。求：

（1）粒子P的比荷为多大；

（2）速度选择器的电压 $\text{[math]}$ 应为多大；

（3）另一同位素正粒子Q同样从小孔 $\text{[math]}$ “飘入”，保持 $\text{[math]}$ 和d不变，调节 $\text{[math]}$ 的大小，使粒子Q能通过速度选择器进入分离器C，最后打到照相底片上的F点（在D点右侧），测出F点与D点距离为x，若粒子带电量均为q，计算P、Q粒子的质量差绝对值 $\text{[math]}$ 。

如图所示为回旋加速器的示意图．两个靠得很近的D形金属盒处在与盒面垂直的匀强磁场中，一质子从加速器的A处开始加速，已知D型盒的半径为R，磁场的磁感应强度为B，高频交变电源的电压为U、频率为f，质子质量为m，电荷量为q，下列说法正确的是（）

如图所示为质谱仪的原理图，某带电粒子被加速电场加速后，进入速度选择器，其内部的匀强磁场磁感应强度为B，匀强电场的强度为E，垂直纸面的匀强磁场B未画出，平板S上有可让粒子通过的狭缝P和记录粒子位置的胶片A₁A₂ ，平板S下方有强度为B₀的匀强磁场，下列说法正确的是（　　）

关于甲乙丙丁四个图示，下列说明正确的是（　　）

质谱仪是测量带电粒子质量和分析同位素的重要工具。如图所示，一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子从小孔S₁飘入电势差为U的加速电场，初速度几乎为0。加速后从S₂出射，再经过S₃垂直进入匀强磁场中，最后打在荧光屏的中点，中点与S₃的距离为D，荧光屏的宽度为d。求：

电与磁

电与磁的深入研究和广泛应用，极大地推动了科技进步，还从根本上改变了人们的生活。

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