21．(19分)

圖為“雙聚焦分析器”質(zhì)譜儀的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，加速電場(chǎng)的電壓為U，靜電分析器中與圓心0₁等距離的各點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)大小相等、方向沿徑向，磁分析器中以0₂為圓心、圓心角為90^o的扇形區(qū)域內(nèi)，分布著方向垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，其左邊界與靜電分析器的右端面平行。由離子源發(fā)出的一質(zhì)量為m、電荷量為g的正離子(初速度為零，重力不計(jì))經(jīng)加速電場(chǎng)加速后，從M點(diǎn)垂直于電場(chǎng)方向進(jìn)入靜電分析器，沿半徑為R的四分之一圓弧軌跡做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從N點(diǎn)射出，接著由P點(diǎn)垂直磁分析器的左邊界射入，最后垂直于下邊界從Q點(diǎn)射出并進(jìn)入收集器。已知Q點(diǎn)與圓心0₂的距離為d。求：
(1)磁分析器中磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小和方向；
(2)靜電分析器中離子運(yùn)動(dòng)軌跡處電場(chǎng)強(qiáng)度E的大小；
(3)現(xiàn)將離子換成質(zhì)量為0．9m、電荷量仍為g的另一種正離子，其它條件不變。試直接指出該離子進(jìn)入磁分析器時(shí)的位置，它射出磁場(chǎng)的位置在Q點(diǎn)的左側(cè)還是右側(cè)?

如圖所示，在半徑為R的半圓形區(qū)域，有垂直于紙面的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度為B。質(zhì)量為m，帶電荷量為q的微粒以某一初速度沿垂直于半圓直徑AD方向從P點(diǎn)射入磁場(chǎng)，已知AP=d。不計(jì)空氣阻力和微粒的重力。
（1）若微粒恰好從A點(diǎn)射出磁場(chǎng)，求微粒的入射速度v₁；
（2）若微粒從紙面內(nèi)的Q點(diǎn)射出磁場(chǎng)，且已知射出方向與半圓在Q點(diǎn)的切線成夾角（如圖），求微粒的入射速度v₂。

（21分）如圖甲所示，在空心三棱柱CDF以外足夠大的空間中，充滿(mǎn)著磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場(chǎng)。三棱柱的軸線與磁場(chǎng)平行，截面邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，三棱柱用絕緣薄板材料制成，其內(nèi)部有平行于CD側(cè)面的金屬板P、Q，兩金屬板間的距離為d，P板帶正電，Q板帶負(fù)電，Q板中心有一小孔，P板上與小孔正對(duì)的位置有一個(gè)粒子源S，從S處可以發(fā)出初速度為0、帶電量為＋q、質(zhì)量為m的粒子，這些粒子與三棱柱側(cè)面碰撞時(shí)無(wú)能量損失。試求：
（1）為使從S點(diǎn)發(fā)出的粒子最終又回到S點(diǎn)，P、Q之間的電壓U應(yīng)滿(mǎn)足什么條件?（Q與CD之間距離不計(jì)）
（2）粒子從S點(diǎn)出發(fā)又回到S點(diǎn)的最短時(shí)間是多少?
（3）若磁場(chǎng)是半徑為a的圓柱形區(qū)域，如圖乙所示，圓柱的軸線與三棱柱的軸線重合，且a＝（＋）L，要使S點(diǎn)發(fā)出的粒子最終又回到S點(diǎn)，則P、Q之間的電壓不能超過(guò)多少?

如圖所示，在x＜0與x ＞0的區(qū)域中，存在磁感應(yīng)強(qiáng)度大小分別為B₁與B₂的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向均垂直于紙面向里，且B₁＞B₂。一個(gè)帶負(fù)電荷的粒子從坐標(biāo)原點(diǎn)O以速度V沿x軸負(fù)方向射出，要使該粒子經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后又經(jīng)過(guò)O點(diǎn)，B₁與B₂的比值應(yīng)滿(mǎn)足什么條件？

 
 
 
 

（16分）用磁聚焦法測(cè)比荷的裝置如圖所示．在真空玻璃管中裝有熱陰極K和帶有小孔的陽(yáng)極A．在A、K之間加上電壓U后，不斷地有電子從陰極K由靜止加速到達(dá)陽(yáng)極A，并從小孔射出．接著電子進(jìn)入平行板電容器C，電容器兩極板間加有不大的交變電場(chǎng)，使不同時(shí)刻通過(guò)的電子發(fā)生不同程度的偏轉(zhuǎn)；電容器C和熒光屏S之間加一水平向右的均勻磁場(chǎng)，電容器和熒光屏間的距離為L(zhǎng)，電子經(jīng)過(guò)磁場(chǎng)后打在熒光屏上，將磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度從零開(kāi)始緩慢增大到為B時(shí)，熒光屏上的光點(diǎn)的銳度最大（這時(shí)熒光屏S上的亮斑最�。�．
（1）若平行板電容器C的板長(zhǎng)為，求電子經(jīng)過(guò)電容器和磁場(chǎng)區(qū)域的時(shí)間之比；
（2）用U、B、L表示出電子的比荷；
（3）在磁場(chǎng)區(qū)域再加一勻強(qiáng)電場(chǎng)，其電場(chǎng)強(qiáng)度的大小為，方向與磁場(chǎng)方向相反，若保持Ｕ、L和磁場(chǎng)方向不變，調(diào)節(jié)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小，仍使電子在熒光屏上聚焦，則磁感應(yīng)強(qiáng)度大小滿(mǎn)足的條件是什么？

（20分）如題圖所示，在半徑為a的圓柱空間中（圖中圓為其橫截面）充滿(mǎn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B的均勻磁場(chǎng)，其方向平行于軸線遠(yuǎn)離讀者．在圓柱空間中垂直軸線平面內(nèi)固定放置一絕緣材料制成的邊長(zhǎng)為L=1．6a的剛性等邊三角形框架ΔDEF，其中心O位于圓柱的軸線上．DE邊上S點(diǎn)（）處有一發(fā)射帶電粒子的源，發(fā)射粒子的方向皆在圖題圖中截面內(nèi)且垂直于DE邊向下。發(fā)射粒子的電量皆為q（＞0），質(zhì)量皆為m，但速度v有各種不同的數(shù)值。若這些粒子與三角形框架的碰撞無(wú)能量損失，電量也無(wú)變化，且每一次碰撞時(shí)速度方向均垂直于被碰的邊。試問(wèn)：

（1）帶電粒子經(jīng)多長(zhǎng)時(shí)間第一次與DE邊相碰？
（2）帶電粒子速度v的大小取哪些數(shù)值時(shí)可使S點(diǎn)發(fā)出的粒子最終又回到S點(diǎn)？
（3）這些粒子中，回到S點(diǎn)所用的最短時(shí)間是多少？

（16分）如圖所示，NM的上側(cè)有勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁場(chǎng)方向垂直于紙面向里，磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小為B。一帶負(fù)電的粒子（不計(jì)重力）從P處以垂直于MN的初速度射入磁場(chǎng)區(qū)域，最后通過(guò)點(diǎn)。已知此粒子的比荷，求：
（1）P間的距離L？
（2）粒子從P運(yùn)動(dòng)到需要多長(zhǎng)的時(shí)間？

如右圖所示，有界勻強(qiáng)磁場(chǎng)邊界線SP//MN，速率不同的同種帶電粒子（重力不計(jì)）從S 點(diǎn)沿SP方向同時(shí)射入磁場(chǎng)。其中穿過(guò)a點(diǎn)的粒子速度v₁與MN垂直，穿過(guò)b點(diǎn)的粒子速度v₂與MN成60°角，設(shè)兩粒子從S到a、b所需時(shí)間分別為t₁和t₂。
（1）在圖上畫(huà)出兩粒子的運(yùn)動(dòng)軌跡；
（2）求v₁:v₂；
（3）求t₁:t₂。

如圖所示，正方形容器處在勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，一束電子從a孔垂直進(jìn)入磁場(chǎng)射入容器中，其中一部分從c孔射出，一部分從d孔射出，則下列說(shuō)法正確的是                                         （   ）

A．從兩孔射出的電子速率之比為

B．從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)所用時(shí)間之比為

C．從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小之比

D．從兩孔射出的電子在容器中運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度大小之比

（9分）如圖所示的坐標(biāo)平面內(nèi),在y軸的左側(cè)存在垂直紙面向外、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B₁=0.20T的勻強(qiáng)磁場(chǎng),在y軸的右側(cè)存在垂直紙面向里、寬度d=0.125m的勻強(qiáng)磁場(chǎng)B₂.某時(shí)刻一質(zhì)量m=2.0×10^-8kg、電量q=+4.0×10^-4C的帶電微粒（重力可忽略不計(jì)）,從x軸上坐標(biāo)為（-0.25m,0）的P點(diǎn)以速度v=2.0×10³ m/s沿y軸正方向運(yùn)動(dòng).試求:

（1）微粒在y軸的左側(cè)磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的軌道半徑;
（2）微粒第一次經(jīng)過(guò)y軸時(shí)速度方向與y軸正方向的夾角;
（3）要使微粒不能從右側(cè)磁場(chǎng)邊界飛出,B₂應(yīng)滿(mǎn)足的條件