某同学在复习带电粒子在复合场中的运动时，经过思考，自己设计了一道题目：如图，C、D板之间是加速电场，电压为U，虚线OQ、QPON是匀强磁场的边界，且磁场范围足够大，QP与ON平行，CP。间距为d，与OQ垂直且与竖直方向夹角θ=60°，两磁场大小均为B，方向垂直纸面向外。现有一个比荷为k的正电荷（重力不计），从C板的小孔静止释放，加速后从O点水平进入虚线OQ右侧空间。该电荷第二次（不包括从O点进入这...

题型：综合题题类：常考题难易度：困难

浙江稽阳联谊学校2018年高三下学期物理3月选考联考试卷

某同学在复习带电粒子在复合场中的运动时，经过思考，自己设计了一道题目：如图，C、D板之间是加速电场，电压为U，虚线OQ、QPON是匀强磁场的边界，且磁场范围足够大，QP与ON平行，CP。间距为d，与OQ垂直且与竖直方向夹角θ=60°，两磁场大小均为B，方向垂直纸面向外。现有一个比荷为k的正电荷（重力不计），从C板的小孔静止释放，加速后从O点水平进入虚线OQ右侧空间。该电荷第二次（不包括从O点进入这一次）到达ON边界时的位置为A点（未画出）。求：

（1）、粒子在O点的速度大小；

（2）、粒子从O到A的时间；

（3）、若两磁场整体以O点为轴，顺时针转过30⁰ ，粒子加速后从O点水平进入，且粒子始终在OQ右侧运动，试判断粒子能否通过A点，需讲明理由。

举一反三

一种离子分析探测器的原理如图，环形区域I内（大、小圆之间）存在与圆弧平行且逆时针方向的磁场和垂直纸面向里的匀强电场，磁感应强度大小各处均为B、电场强度大小为E，大圆半径为R。第一象限大圆外的其他区域存在垂直纸面向外的匀强磁场、大小 $\text{[math]}$ 可调。探测器部分由两平行金属板组成，位于x轴的上板正中央开有小孔。原点O处有一个离子源发射各种速率的正离子，电荷量为q、质量为m、速度方向与x轴正方向夹角为 $\text{[math]}$ 。调节 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 未知）， $\text{[math]}$ 的某些离子在 $\text{[math]}$ 平面沿半径匀速通过区域I，经磁场偏转后与x轴负方向夹角为60°进入小孔。

（1）求匀速通过区域I的离子的速度大小 $\text{[math]}$ 和 $\text{[math]}$ 的大小。

（2）在x轴上沿正方向从M点到N点移动探测器，调节 $\text{[math]}$ 使小孔在这些位置均能接收到沿 $\text{[math]}$ 平面垂直x轴进入的离子，求M、N的坐标 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 及相应的 $\text{[math]}$ 的大小范围。

（3）调节 $\text{[math]}$ 、使上下板电势差恒为 $\text{[math]}$ ，板间距离为d，沿x轴改变探测器位置接收离子。若离子沿 $\text{[math]}$ 平面进入小孔，与下板碰后反弹瞬间速率不变，电性与被碰板相同、电量变为原来的2倍，通过计算画出离子进入小孔后与上板碰前，其动能 $\text{[math]}$ 随离子与上板距离s变化的图像。（板足够长）

现代科技创新中，人们常常利用各种场来控制物体（或粒子）的运动轨迹，让其到达所需的位置。如图，某探究小组用下面装置来控制物体（粒子）的运动，在空间中建立三维直角坐标系 $\text{[math]}$ （ $\text{[math]}$ 平面在水平面内）， $\text{[math]}$ 的区域内存在磁感应强度大小为B，方向沿z轴负方向的匀强磁场（未画出）。xOy平面内的轻弹簧一端固定在y轴上P点 $\text{[math]}$ 另一端连接一质量为 $\text{[math]}$ 的不带电小球a，将弹簧拉至水平后由静止释放a，a到达坐标原点O时速度恰好水平，其大小为 $\text{[math]}$ 。a到达坐标原点O时的瞬间与轻弹簧脱离做平抛运动，同时一带正电的粒子b从O点沿x轴正方向射入匀强磁场，速度为 $\text{[math]}$ ，粒子在磁场中运动的轨迹半径为R（未知），不计b粒子的重力，重力加速度大小为g。

（1）弹簧从水平摆至竖直过程中，求弹簧对a做的功；

（2）若某时刻a、b的速度相同且b粒子还未完成一次完整的圆周运动，求满足此情况下b的比荷；

（3）若b从O点出发时，在空间加上一沿z轴正方向的匀强电场，粒子将经过点 $\text{[math]}$ $\text{[math]}$ ，求匀强电场的大小。

某种质谱仪的结构示意图如图所示，主要构造包括加速电场（可左右平移）、静电分析器和磁分析器等。其中加速电场的电压为U，静电分析器是以 $\text{[math]}$ 为圆心的四分之一圆形通道，通道内有均匀辐射电场，方向沿径向指向圆心 $\text{[math]}$ ，且与圆心 $\text{[math]}$ 等距的各点电场强度大小相等，电场强度E与到圆心距离r的关系满足 $\text{[math]}$ （k未知）；磁分析器在以 $\text{[math]}$ 为圆心、圆心角为 $\text{[math]}$ 的圆形扇形区域内分布着磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面的匀强磁场，其左边界与静电分析器的右边界紧靠。由离子源静止释放出三种正离子a、b、c经相同电场加速后，分别从P、Q、M进入静电分析器，恰好能以 $\text{[math]}$ 为圆心做匀速圆周运动从磁分析器中 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 射出。已知PQ、QM间的距离都为 $\text{[math]}$ ， Q到圆心距离为R，不考虑电磁场的边缘效应，求：

质谱仪可以用来测量离子的比荷，为了消除离子初速度的影响，某研究小组设计了如图所示的质谱仪。平行金属板板长为l，中心Z与准直孔 $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 共线， $\text{[math]}$ 、 $\text{[math]}$ 连线与平行板轴线ZO夹角为 $\text{[math]}$ 。一束正离子经过准直孔射入偏转电场，调节偏转电场大小，使得入射速度最大的离子恰从O点沿ZO方向以速度 $\text{[math]}$ 射出电场，之后保持电场不变。电场右侧存在方向垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场。电场和磁场被与ZO方向垂直的挡板D隔离，挡板D上开有一小圆孔，圆心在O点，半径为b、通过小孔的离子进入磁场后经偏转打在荧光屏上，其余被挡板吸收并中和，已知入射速度最大的离子打在荧光屏上距O点的距离为 $\text{[math]}$ 。已知 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，忽略场的边界效应、离子的重力和离子间的相互作用。

如图，区域Ⅰ是两端电压为U的加速电场；区域Ⅱ是速度选择器，其电场的电场强度大小为E、方向竖直向下，磁场的磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里。一带正电粒子从S点由静止释放，经区域Ⅰ加速后沿直线SP从P点射出速度选择器。在P点右下方区域以O点为坐标原点建立一个平面直角坐标系xOy，其第二象限存在以直线PO为界的两个匀强磁场的区域Ⅲ和Ⅳ（其他象限无磁场），区域Ⅲ中匀强磁场的磁感应强度大小为 $\text{[math]}$ 、方向垂直纸面向外，区域Ⅳ中匀强磁场的磁感应强度大小为 $\text{[math]}$ 、方向垂直纸面向里；PO的长度为2L且与y轴夹角为 $\text{[math]}$ 。粒子从P点进入平面直角坐标系xOy区域后不再进入Ⅰ、Ⅱ区域。（U、B、E、L为已知值，不考虑粒子重力）

空腔圆柱的截面圆如图所示，其圆心为O，半径为R，圆面上开有A、B、C、D四个小孔， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，圆内存在垂直纸面向外的匀强磁场 $\text{[math]}$ （未知），圆外OB和OC射线范围内存在垂直纸面向内的匀强磁场 $\text{[math]}$ （未知）。紧靠A孔有两金属板M，N，两板间加上交变电压 $\text{[math]}$ ，其中 $\text{[math]}$ 已知，质量为m，电荷量为q的正电粒子持续由M板静止释放，经电场加速的粒子从A孔沿半径方向进入空腔内部，发现在 $\text{[math]}$ 时刻释放的粒子恰好能从B孔射出磁场，并能经过D孔。已知粒子在电场中加速的时间忽略不计，粒子撞击圆面即被吸收，圆面始终不带电。

（1）求从B孔飞出的粒子的速度 $\text{[math]}$ 及截面圆内磁感应强度 $\text{[math]}$ 的大小；

（2）求粒子从A孔运动到D孔的时间 $\text{[math]}$ 及比值 $\text{[math]}$ ；

（3）紧靠D孔有两金属板 $\text{[math]}$ ， $\text{[math]}$ ，两板间加上沿半径方向的交变电压 $\text{[math]}$ ，以 $\text{[math]}$ 板出口处 $\text{[math]}$ 点为原点建立直角坐标系 $\text{[math]}$ ，在y轴右侧 $\text{[math]}$ 区域内存在垂直纸面向内的匀强磁场 $\text{[math]}$ ，当 $\text{[math]}$ 时，从 $\text{[math]}$ 点进入磁场的速度最大的粒子恰好从点 $\text{[math]}$ 离开磁场。若要让从 $\text{[math]}$ 点进入磁场的速度最小的粒子也恰好击中点P，则 $\text{[math]}$ 的取值应为多少？

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