素养培优3　带电粒子在组合场中的运动 强化练习-2025高考物理素养培优.docx

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素养培优3带电粒子在组合场中的运动

1.（多选）（2024·山西晋城三模）质谱仪是科学研究和工业生产中的重要工具。质谱仪的工作原理示意图如图所示，粒子源S从小孔S1向下射出各种速度的氕核（11H）、氘核（12H）、氚核（13H）及氦核（24He），粒子经小孔S2进入速度选择器后，只有速度合适的粒子才能沿直线经过小孔S3，并垂直进入磁感应强度大小为B2的偏转磁场，感光底片PQ上仅出现了A、B、C三个光斑，光斑A到小孔S3的距离为2d。已知速度选择器两板间存在垂直于纸面向里、磁感应强度大小为B1的匀强磁场，两板间距为d，板间电压为U，

A.极板M带负电荷

B.粒子在偏转磁场中的速度大小为U

C.氦核的比荷为2

D.相邻两光斑的距离均为d

2.（2024·福建漳州三模）如图，一质谱仪由加速电场、静电分析器、磁分析器构成。静电分析器通道的14圆弧中心线半径为R，通道内有均匀辐向电场，方向指向圆心O，中心线处各点的电场强度大小相等。磁分析器中分布着方向垂直于纸面的有界匀强磁场，边界为矩形CNQD，NQ＝2d，PN＝3d。质量为m、电荷量为q的粒子（不计重力），由静止开始从A板经电压为U的电场加速后，沿中心线通过静电分析器，再由P点垂直磁场边界进入磁分析器，最终打在胶片ON上，则（

A.磁分析器中磁场方向垂直于纸面向外

B.静电分析器中心线处的电场强度E＝U

C.仅改变粒子的比荷，粒子仍能打在胶片上的同一点

D.要使粒子能到达NQ边界，磁场磁感应强度B的最小值为1

3.（2024·浙江杭州期中）回旋加速器在科学研究中得到了广泛应用，其原理如图所示。D1和D2是两个中空的半圆形金属盒，置于与盒面垂直的匀强磁场中，它们接在电压为U、周期为T的交流电源上。位于D1的圆心处的质子源A能不断产生质子（初速度可以忽略），它们在两盒之间被电场加速。当质子被加速到最大动能Ek后，再将它们引出。忽略质子在电场中的运动时间，则下列说法中正确的是（）

A.若只增大交变电压U，则质子的最大动能Ek会变大

B.若只将交变电压的周期变为2T，仍可用此装置加速质子

C.质子第n次被加速前、后的速度之比为n－1

D.质子第n次被加速前、后圆周运动向心加速度之比为（n－1）∶n

4.（2024·福建福州期中）某同学设计了一种磁防护模拟装置，装置截面图如图所示，以O点为圆心的内圆、外圆半径分别为R和3R，区域中的危险区内有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，外圆为绝缘薄板，外圆的左侧有两块平行金属薄板，其右板与外圆相切，在切点处开有一小孔C。一质量为m、电荷量为＋q、不计重力的带电粒子从左板内侧的A点由静止释放，两板间电压为U，粒子经电场加速后从C点沿CO方向射入磁场，若恰好不进入安全区，求：

（1）粒子通过C点时的速度大小v0；

（2）若粒子恰好不进入安全区，求两板间电压U1；

（3）在（2）问中，若粒子每次与绝缘薄板碰撞后原速反弹，求粒子从离开电场到再次返回电场所需的时间t。

5.（2024·福建龙岩期中）如图所示，在xOy平面内虚线OM与x轴负方向的夹角为45°，虚线OM右侧区域Ⅰ内存在垂直于xOy平面向里的匀强磁场，虚线OM左侧区域Ⅱ内存在沿y轴正方向的匀强电场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从原点O沿x轴正方向以速度v0射入磁场，此后当粒子第一次穿过边界线OM后恰好能到达x轴上的P点。原点O与P点间的距离为d，不计粒子受到的重力，求：

（1）匀强磁场的磁感应强度大小B；

（2）匀强电场的电场强度大小E；

（3）粒子从O点射出至第三次穿过边界线OM所用的时间t总。

6.（2024·江苏高考16题）如图所示，两个半圆环区域abcd、abcd中有垂直纸面向里的匀强磁场，区域内、外边界的半径分别为R1、R2。ab与ab间有一个匀强电场，电势差为U，cd与cd间有一个插入体，电子每次经过插入体速度减小为原来的k倍。现有一个质量为m、电荷量为e的电子，从cd面射入插入体，经过磁场、电场后再次到达cd面，速度增加，多次循环运动后，电子的速度大小达到一个稳定值，忽略相对论效应，不计电子经过插入体和电场的时间。求：

（1）电子进入插入体前后在磁场中运动的半径r1、r2之比；

（2）电子多次循环后到达cd的稳定速度v；

（3）若电子到达cd中点P时速度稳定，并最终到达边界d，求电子从P到d的时间t。