第十一章磁场章末教考衔接2025高考物理二轮专题

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速度选择器、质谱仪的原理及拓展考查
【真题2】　（2021·北京高考18题）如图所示，M为粒子加速器；N 为速度选择器，两平行导体板之间有方向相互垂直的匀强电场和匀强 磁场，磁场的方向垂直纸面向里，磁感应强度为B。从S点释放一初速 度为0、质量为m、电荷量为q的带正电粒子，经M加速后恰能以速度v 沿直线（图中平行于导体板的虚线）通过N。不计重力。
（1）求粒子加速器M的加速电压U；
（2）求速度选择器N两板间的电场强度E的大小和方向；
答案：vB　方向垂直导体板向下　
解析：在速度选择器中电场力与洛伦兹力平衡，则有Eq＝qvB， 解得E＝vB方向垂直导体板向下。
（3）仍从S点释放另一初速度为0、质量为2m、电荷量为q的带正电粒 子，离开N时粒子偏离图中虚线的距离为d，求该粒子离开N时 的动能Ek。
解析：在全程粒子所受电场力做正功，根据动能定理，有Ek＝qU ＋Eqd
【真题3】　（2021·浙江1月选考22题节选）在芯片制造过程中，离子注入是其中一道重要的工序。如图所示是离子注入工作原理示意图，离子经加速后沿水平方向进入 速度选择器，然后通过磁分析器，选择出特定比荷的离子，经偏转系统后注入处在水平面内的晶圆（硅片）。
（2）偏转系统仅加电场时离子注入晶圆的位置，用坐标（x，y） 表示。
1. 人教版选择性必修第二册P22第5题。
某一具有速度选择器的质谱仪原理如图所示，A为粒子加速器，加 速电压为U1；B为速度选择器，磁场与电场正交，磁感应强度为 B1，两板间距离为d；C为偏转分离器，磁感应强度为B2。今有一质 量为m、电荷量为e的正粒子（不计重力），经加速后，该粒子恰能 通过速度选择器，粒子进入分离器后做匀速圆周运动。求：
衔接分析：人教版选择性必修第二册P22第5题，以具有速度 选择器的质谱仪为情境，考查了带电粒子在电场中的加速运 动、在速度选择器中的匀速直线运动及条件的应用和在匀强 磁场中的匀速圆周运动规律的应用等知识，考查了学生综合 应用有关知识的能力。
　　近几年的高考也常以速度选择器、质谱仪为情境，利用 其实验原理及有关迁移知识进行命题，成为高考的一个考查 热点。例如：
（1）粒子的速度v为多少？
（2）速度选择器两板间电压U2为多少？
（3）粒子在B2磁场中做匀速圆周运动的半径R为多大？
（2）（2021·北京高考18题）以“粒子加速器＋速度选择器”为情 境考查了带电粒子在电场中的加速运动、在叠加场中的匀速 直线运动及曲线运动规律的应用问题。（3）（2021·浙江1月选考22题）以“芯片制造过程中离子注入工 作原理及示意图”为情境考查了离子在电场的加速运动、在 速度选择器中匀速直线运动、在磁分析器中的匀速圆周运动 有关规律的应用，以及在偏转系统中分别考查了离子在匀强 电场、匀强磁场和电场与磁场的叠加场中运动的有关规律的 应用问题。意在考查学生对物理过程的分析、灵活运用知识 和科学思维的综合能力。
1. （多选）如图所示为一种质谱仪示意图，由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。若静电分析器通道中心线半径为R，通道内均匀辐射状电场在中心线处的电场强度大小为E，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外。一质量为m、电荷量为q的粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q点。不计粒子的重力，下列说法正确的是（　　 ）
（1）求小球的初速度v0；