2025年高考物理复习讲义第九章专题九　带电粒子在组合场中的运动（含解析）.pdf

专题九带电粒子在组合场中的运动

素养目标带电粒子在组合场中的运动问题的分析方法和力学问题的分析方法基本相

同，带电粒子在组合场中的运动问题的解题思路就是利用力学两把“金钥匙”，即动力学观

点和能量观点．(科学思维)

考点质谱仪和回旋加速器

调研Ⅰ.质谱仪的原理

1．构造：质谱仪由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片构成.

直

观

情

境

1

2

2.原理：粒子由静止被加速电场加速，qU＝mv，粒子在磁场中做匀速圆周运动，有

2

222

mv12mUqrBq2U

qvB＝，由以上两式可得r＝，m＝，＝.

22

rBq2UmBr

典例1现代质谱仪可用来分析比质子重很多倍的离子，其示意图如图所示，其中加速

电压恒定．质子在入口处从静止开始被加速电场加速，经匀强磁场偏转后从出口离开磁

场．若某种一价正离子在入口处从静止开始被同一加速电场加速，为使它经匀强磁场偏转

后仍从同一出口离开磁场，需将磁感应强度增加到原来的12倍．此离子和质子的质量比约

为()

A．11B．12

C．121D．144

2022

变式1阿斯顿最早设计了质谱仪，并用它发现了氖20(Ne)和氖22(Ne)，证实了氖

同位素的存在．一种质谱仪的结构可简化为如图所示，半圆柱形通道水平放置，其上下表

面内半径均为R、外半径均为3R，该通道内存在方向竖直向上的匀强磁场，正对着通道出

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口处放置一张照相底片，记录粒子从出口射出时的位置．粒子源释放出的Ne和Ne，加

速后垂直通过速度选择器的正交电磁场(磁感应强度大小为B、电场强度大小为E)，接着

00

20

垂直于通道入口从中缝MN进入磁场区，其中Ne恰能击中照相底片的正中间位置．已知

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Ne质量为mNe质量为m，带电荷量均为q(q0)，不计粒子重力．

1,2

(1)求粒子通过速度选择器的速度大小v；

(2)求通道中匀强磁场的磁感应强度的大小B；

1

(3)调节速度选择器的电场强度大小，可改变粒子击中照相底片的位置，为了保证两种

粒子都能击中照相底片，求电场强度可调节最大值E的大小．

m

调研Ⅱ.回旋加速器

1．组成：如图所示，两个D形盒(静电屏蔽作用)，大型电磁铁，高频振荡交变电压，

两缝间可形成电场.

直

观