2025届高考物理二轮复习：微专题4 质谱仪、回旋加速器等组合场问题-专项训练 【含答案】

这是一份2025届高考物理二轮复习：微专题4 质谱仪、回旋加速器等组合场问题-专项训练 【含答案】，共7页。

1.[2024·杭州模拟] 质谱仪是检测和分离同位素的仪器.如图所示,速度选择器中磁感应强度为B1,方向垂直于纸面向里,电场强度为E.分离器中磁感应强度为B2,方向垂直于纸面向外.离子室内充有大量氦的同位素离子,经加速电场加速后从速度选择器两极板间的中点O平行于极板进入,选择出的部分离子通过小孔O'进入分离器的磁场中,在底片上形成3个有一定宽度的分别对应23He、24He和25He三种离子的感光区域,第一个感光区域的中心P到O'点的距离为d1.忽略离子的重力及相互间作用力,不计小孔O'的孔径.
(1)求沿直线运动通过速度选择器并打在感光区域中心P点的离子的速度大小v0及比荷qm;
(2)以速度为v=v0±Δv从O点射入的离子在速度选择器中的运动可视作速度为v0的匀速直线运动和速度为Δv的匀速圆周运动的合运动,要使感光板上出现3个有一定宽度的感光区域,求该速度选择器极板的最小长度L;
(3)在(2)的情况下,为能区分3种离子,求该速度选择器的极板间最大间距d.
2.[2024·湖州模拟] 质谱仪被广泛应用于同位素的研究.如图所示为某款质谱仪的原理结构图.初速度可以忽略的带电粒子由粒子源S飘出,经过M、N间电压为U的加速电场加速后,沿轴线OO'飞入右侧圆形匀强磁场区域(O'为磁场区域的圆心),经磁场偏转后粒子打在磁场下方的平板记录仪AC上.已知磁场区域半径为R,磁感应强度大小为B(方向与纸面垂直),记录仪AC长度为23R,与磁场区域的下边界相切于其中点D.整个装置处于真空中,不计粒子重力,不考虑粒子间的相互作用.
(1)求打在记录板上D点的粒子的比荷qm;
(2)若氕核(11H)恰好打在记录板上D点时,求氚核(13H)打在记录板上的位置;
(3)若匀强磁场区域的磁感应强度大小的波动范围为B±ΔB,为使氕核(11H)与氚核(13H)在记录板上的位置分开,求ΔBB应满足的条件.
3.[2024·余姚模拟] 清华大学研究的新型SSMB-EUV光刻技术用于提供高强度、可调波长的极紫外光源.方案中的同步轨道如图所示,密度分布非常均匀的稳流电子束被导入同步轨道.同步轨道上存在垂直轨道平面的磁感应强度为B的匀强磁场,电子在磁场控制下沿着固定半径的轨道做匀速圆周运动,每转一周,穿越一次加速腔,从中获得能量,如图所示.同步加速器中磁感应强度随电子速度的增加而增加.已知圆形轨道半径为R,电子的质量为m,电荷量为-e,加速腔ab的长度为L,L≪R,当电子进入加速腔时,加速电压的大小始终为U,离开加速腔后,加速腔的电压变为0,加速电场的频率与电子的回旋频率保持同步.已知加速腔外无电场,腔内无磁场,不考虑重力、相对论效应以及粒子间相互作用.
(1)当电子在同步轨道中的动能为Ek时,求轨道处的磁感应强度B的大小.
(2)长度为d(d