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题型：解答题题类：难易度：困难

四川省成都市石室中学2023-2024学年高二下学期零诊模拟考试物理试卷

一带负电的微粒放在光滑绝缘水平面上，俯视如图，第一象限内存在沿y轴正方向的匀强电场，在另外三个象限充满大小相同、方向垂直水平面向下的匀强磁场。微粒从x轴上的P点以一定初速度进入第二象限，OP间距离x₀=0.3m，初速度与x轴负方向的夹角α=37°，之后恰能垂直于y轴进入第一象限，再经一段时间从第一象限进入第四象限，此时速度与x轴正方向的夹角恰好也为α=37°。已知微粒的比荷 $\text{[math]}$ =100C/kg，电场强度E=0.05N/C，sin37°=0.6，cos37°=0.8，求：

（1）微粒第一次在第一象限内的运动时间t；

（2）微粒的初速度v₀和在第二象限内运动的时间t₀；

（3）若x轴上有一点Q（14m，0），微粒经过x轴时，距离Q点的最小距离是多大？

举一反三

在空间中取坐标系 $\text{[math]}$ ，在第一象限内平行于 $\text{[math]}$ 轴的虚线 $\text{[math]}$ 与 $\text{[math]}$ 轴距离为 $\text{[math]}$ ，从 $\text{[math]}$ 轴到 $\text{[math]}$ 之间的区域充满一个沿 $\text{[math]}$ 轴正方向的匀强电场，场强大小为 $\text{[math]}$ ，如图所示。初速度为0的电子（电量为e，质量为m）经过一个电势差为 $\text{[math]}$ 的电场（图没有画出）加速后，从 $\text{[math]}$ 轴上的A点以平行于 $\text{[math]}$ 轴的方向射入第一象限区域，A点的坐标为 $\text{[math]}$ 。不计电子的重力．

（1）若电子刚好经过 $\text{[math]}$ 点，求 $\text{[math]}$ 的大小；

（2）若 $\text{[math]}$ ，判断粒子是从 $\text{[math]}$ 边界还是 $\text{[math]}$ 边界离开电场，并求离开电场时的速度。

如图所示，在竖直平面内建立直角坐标系，y轴沿竖直方向。在x=L到x=2L之间存在竖直向上的匀强电场和垂直坐标平面向里的匀强磁场，一个比荷为k的带电微粒从坐标原点以一定的初速度沿+x方向抛出，进入电场和磁场后恰好在竖直平面内做匀速圆周运动，离开电场和磁场后，带电微粒恰好沿+x方向通过x轴上x=3L的位置，已知匀强磁场的磁感应强度为B，重力加速度为g。求：

（1）电场强度E的大小；

（2）带电微粒初速度v₀的大小。

如图甲所示，粒子源连续均匀放射出速度 $\text{[math]}$ 、比荷 $\text{[math]}$ 带正电的粒子，带电粒子从平行金属板M与N间中线PO射入电场中，金属板长度 $\text{[math]}$ ，间距d＝0.2m，金属板M与N间有如图乙所示随时间t变化的电压 $\text{[math]}$ ，两板间的电场可看作是均匀的，且两板外无电场。建立以O点为原点，向上为y轴正方向的坐标，y轴的右侧分别存在如图甲所示的 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ 的磁场，磁场 $\text{[math]}$ 的宽度为D，磁场 $\text{[math]}$ 右侧范围足够大。粒子的重力忽略不计，每个粒子通过电场区域时间极短，电场可视为不变。求：

（1）t＝0时刻射入平行金属板的粒子偏移量为多少。

（2）若粒子在t＝0.1s时刻射入，要使粒子能够回到Q点需要磁场。 $\text{[math]}$ 的宽度D为何值。

（3）确保所有进入磁场的粒子均不能进入磁场 $\text{[math]}$ ，求磁场 $\text{[math]}$ 的宽度D的最小值及y轴上所有粒子打到的区间。

双聚焦分析器是一种能同时实现速度聚焦和方向聚焦的质谱仪，其原理如图所示，电场分析器中有指向圆心O的辐射状电场，磁场分析器中有垂直于纸面的匀强磁场（图中未画出）。不同的带正电离子组成的离子束，以不同速度进入电场分析器后能沿着半径为R的圆弧轨迹通过电场并从P点垂直进入 $\text{[math]}$ 圆形磁场区域，之后从磁场下边界射出并进入检测器，检测器可在M，N之间左右移动且与磁场下边界的距离恒等于0.5d。某一质量为m、电荷量为q的带正电离子A通过电场区域和磁场区域后，恰好垂直于磁场下边界射出，并从K点进入检测器，已知磁场区域的磁感应强度大小为B，PO₁=d，忽略离子间的相互作用，求：

（1）离子A在匀强磁场中运动时的速度大小；

（2）电场分析器中圆弧轨迹处的电场强度大小；

（3）探测器能接收到的离子中比荷的最大值。

自由电子激光器是以自由电子束为工作物质，将相对论性电子束的动能转变成相干的电磁辐射能的装置，其中产生电磁波的核心装置为“扭摆器”（如图所示），由沿z方向交错周期排列的2n对宽度为a的永磁体组成（ $\text{[math]}$ ， 2a被称为扭摆器的“空间周期”），产生x方向的周期静磁场。本题我们利用高中知识，在被简化的模型中分析注入扭摆器的电子的运动。已知电子质量为m，带电荷-e，一束电子经加速后由弯曲磁体沿yOz平面引入扭摆器，不考虑引入过程速度损失，不考虑任何相对论效应，忽略电磁辐射过程的动能损耗。

如图所示，水平放置的两块长直平行金属板a、b相距d=0.10m，a、b间的电场强度为E=5.0×10⁵N/C，b板下方整个空间存在着磁感应强度大小为B=6.0T、方向垂直纸面向里的匀强磁场.今有一质量为m=4.8×10^-25kg、电荷量为q=1.6×10^-18C的带正电的粒子(不计重力)，从贴近a板的左端以v₀=1.0×10⁶m/s的初速度水平射入匀强电场，刚好从狭缝P处穿过b板而垂直进入匀强磁场，最后粒子回到b板的Q处（图中未画出）．求P、Q之间的距离L．

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