专题11 带电粒子在复合场中的运动（练习）-高考物理二轮复习讲练测（新高考通用）

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\l "_题型一：电场的性质" 01 模拟基础练 \l "_Tc19034" PAGEREF _Tc19034 \h 2
\l "_Tc1510" 题型一：带电粒子在组合场中的运动 PAGEREF _Tc1510 \h 2
\l "_Tc4455" 题型二：带电粒子（带电体）在叠加场中的运动 PAGEREF _Tc4455 \h 6
\l "_Tc4839" 题型三：带电粒子在交变场中的运动 PAGEREF _Tc4839 \h 11
\l "__x0001_" 02 重难创新练 \l "_Tc21119" PAGEREF _Tc21119 \h 16
题型一：带电粒子在组合场中的运动
1．（2024·四川遂宁·模拟预测）如图所示，半径为的虚线圆边界在竖直平面内，是水平直径，圆边界内存在垂直纸面向外磁感应强度为的匀强磁场，过点的竖直线与水平线间存在电场强度大小恒为（为未知量）的匀强电场。点是点右下方固定的点，虚线与的夹角为。现让带电量为、质量为的带正电粒子（不计重力）从点射入磁场，然后从点离开磁场，轨迹圆的半径等于，当匀强电场竖直向上时，粒子经过一段时间从运动到点时速度正好水平向右，求：
(1)粒子在A点射入磁场时的速度以及粒子从A到的运动时间；
(2)的值以及粒子从到的平均速度大小；
(3)若匀强电场由指向，则两点间的电势差为多少？
2．（2024·江苏南京·模拟预测）如图所示，位于x轴下方的离子源C发射比荷为的一束正离子，其初速度大小范围为，这束离子经加速后的最大速度为2v，从小孔O（坐标原点）沿与x轴正方向夹角为射入x轴上方区域。在x轴的上方存在垂直纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场，x轴下方距离d处放置一平行于x轴的足够长的探测板，探测板左边缘与O对齐，在x轴下方与探测板之间的区域存在大小为、方向垂直x轴向上的匀强电场。假设离子首次到达x轴上时均匀分布，忽略离子间的相互作用且不计重力。求：
(1)加速电压U；
(2)离子首次到达x轴的坐标范围；
(3)到达探测板的离子数占发射的总离子数的比例。
3．（2024·河北·模拟预测）在粒子物理学的研究中，经常用电场和磁场来控制或者改变粒子的运动。如图所示为一控制粒子运动装置的模型。在平面直角坐标系的第二象限内，一半径为的圆形区域内有垂直于坐标平面向外的匀强磁场Ⅰ，磁场Ⅰ的边界圆刚好与两坐标轴相切，与轴的切点为，在第一象限内有沿轴负方向的匀强电场，在轴下方区域有垂直于坐标平面向外的匀强磁场Ⅱ，磁场Ⅱ中有一垂直于轴的足够长的接收屏。点处有一粒子源，在与轴正方向成到与轴负方向成范围内，粒子源在坐标平面内均匀地向磁场内的各个方向射出质量为、电荷量为的带正电粒子，粒子射出的初速度大小相同。已知沿与轴负方向成射出的粒子恰好能沿轴正方向射出磁场Ⅰ，该粒子经电场偏转后以与轴正方向成的方向进入磁场Ⅱ，并恰好能垂直打在接收屏上。磁场Ⅰ、Ⅱ的磁感应强度大小均为，所有粒子都能打到接收屏上，不计粒子的重力及粒子间的相互作用。
（1）求粒子从点射出的速度大小；
（2）求匀强电场的电场强度大小；
（3）将接收屏沿轴负方向平移，直至仅有一半的粒子经磁场Ⅱ偏转后能直接打到屏上，求接收屏沿轴负方向移动的距离。

4．（2024·江西景德镇·一模）如图所示，在的区域存在方向竖直向上、大小为E的匀强电场，在区域存在垂直纸面向外的匀强磁场B（B未知）。一个质量为m的带正电粒子甲从A点以速度沿x轴正方向进入电场，粒子从B点进入磁场后，恰好与静止在C点质量为的中性粒子乙沿x轴正方向发生弹性正碰，且有的电荷量转移给粒子乙。已知C点横坐标为，不计粒子重力及碰撞后粒子间的相互作用，忽略电场变化引起的效应。求：
(1)粒子甲的比荷；
(2)粒子甲刚进入磁场时的速率和磁感应强度B的大小；
(3)若两粒子碰撞后，立即撤去电场，同时在的区域加上与区域内相同的磁场，试通过计算判断两粒子碰撞后能否再次相遇，如果能，求再次相遇的时间。
5．（2024·山西晋中·模拟预测）如图所示，在平面直角坐标系xOy的第三象限内有电场强度大小为E沿x轴正方向的匀强电场。第四象限内半径为r的圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场B1（大小未知），磁场边界圆刚好与两个坐标轴相切，与x轴的切点为M点。第一象限内夹角为30°的虚线ON与x轴间有垂直纸面向外的匀强磁场B2（大小未知）。一个带正电的粒子在电场中坐标为的P点由静止释放，粒子经电场加速后，从圆形磁场边界上的Q点沿x轴正方向射入磁场，经圆形磁场偏转后刚好从M点射入上方磁场，粒子刚好不从ON边界射出磁场，已知带正电粒子的比荷为k（带电体的电荷量和质量的比值），不计粒子的重力，求：
（1）带正电的粒子从Q点射入圆形磁场时的速度大小；
（2）磁感应强度B1的大小；
（3）磁感应强度B2的大小；
（4）带正电的粒子从P点出发到第二次经过x轴所用的时间。
6．（2024·河北石家庄·三模）如图甲所示，半径为R的圆形区域内存在辐向电场，电场方向由圆心沿半径向外，电场强度大小E随距圆心O的距离x的变化如图乙所示，图中为已知量。圆形区域外存在垂直纸面向里的匀强磁场。一质量为m，电荷量为的带电粒子，从圆心O点由静止释放，粒子沿半径OP运动至虚线边界上的P点进入磁场偏转再返回电场，粒子每次到达O点后沿进入电场的路径返回磁场，最后刚好沿PO方向回到O点，这个过程中粒子在磁场中运动的总时间记为（未知）。已知磁场的磁感应强度，不计带电粒子的重力。求：
（1）带电粒子经过P点时的速度大小；
（2）的大小；
（3）若改变带电粒子的释放位置，将带电粒子在OP之间的某点Q（图中未标出）释放，粒子经过一段时间后沿PQ方向第一次回到释放点Q，该过程粒子在磁场区域运动的总时间为。求粒子释放点Q到P点的可能距离。
7．（2024·江苏南京·模拟预测）某种离子测量简化装置如图所示，方向均垂直纸面向里的磁场区域I、II，两匀强磁场边界直线MN、PQ平行且相距L，磁场I和II的磁感应强度大小之比为3﹕5，磁场之间有水平向右的匀强电场。自MN上S点水平向左射出一带正电粒子甲，甲在电、磁场中形成轨迹封闭的周期性运动。较长时间后撤去该粒子，又在S点竖直向下往电场内射出另一个相同粒子乙，也可形成轨迹封闭的周期性运动。粒子电荷量为q、质量为m，不计重力，两粒子射出的初速度大小均为v0。（sin53°=0.8，cs53°=0.6）求：
（1）甲粒子在匀强电场中向右运动过程中动能的增加量；
（2）匀强电场的电场强度的大小；
（3）粒子乙在磁场II中运动轨迹的长度。
8．（2023·山东聊城·模拟预测）如图所示，空间坐标系O—xyz内有一由正方体ABCO—A′B′C′O′和半圆柱体BPC—B′P′C′拼接而成的空间区域，立方体区域内存在沿z轴负方向的匀强电场，半圆柱体区域内存在沿z轴负方向的匀强磁场。M、M′分别为AO、A′O′的中点，N、N′分别为BC、B′C′的中点，P、P′分别为半圆弧BPC、B′P′C′的中点，Q为MN的中点。质量为m、电荷量为q的正粒子在竖直平面MNN′M′内由M点斜向上射入匀强电场，入射的初速度大小为v0，方向与x轴正方向夹角为θ = 53°。一段时间后，粒子垂直于竖直平面BCC′B′射入匀强磁场。已知正方体的棱长和半圆柱体的直径均为L，匀强磁场的磁感应强度大小为，不计粒子重力，sin53° = 0.8，cs53° = 0.6。
（1）求匀强电场的电场强度E的大小；
（2）求粒子自射入电场到离开磁场时的运动时间t；
（3）若粒子以相同的初速度自Q点射入匀强电场，求粒子离开匀强磁场时的位置坐标。

题型二：带电粒子（带电体）在叠加场中的运动
9．（2024·福建泉州·二模）如图甲，一质量为m足够长的绝缘板静止在光滑水平面上，板的左端有一个质量也为m的带电小物块，其电荷量为。距绝缘板左端到之间存在电场和磁场，匀强磁场方向垂直于纸面向里，匀强电场方向竖直向下。现让带电小物块在水平恒力的作用下从静止开始向右运动。小物块到达电、磁场区域的左边界时刻，撤去水平恒力，此时绝缘板的速度大小为。带电小物块从开始运动到前进的过程中，速度随位移变化的图像如图乙，其中段为直线，重力加速度为g。求：
（1）带电小物块从开始运动到电磁场左边界的时间t；
（2）小物块与绝缘板的动摩擦因数和水平恒力F的大小；
（3）从开始运动到小物块前进过程，系统克服摩擦力所做的功；
（4）电场强度E和磁感应强度B的大小。
10．（2024·江苏泰州·模拟预测）如图所示，在竖直平面内放置一长为L的薄壁玻璃管，在玻璃管的a端放置一个直径比玻璃管直径略小的小球，小球带电荷量为、质量为m．玻璃管右边的空间存在匀强电场与匀强磁场的复合场。匀强磁场方向垂直于纸面向外，磁感应强度为B；匀强电场方向竖直向下，电场强度大小为。电磁场的左边界与玻璃管平行，右边界足够远．玻璃管带着小球以水平速度垂直于左边界向右运动，由于水平外力的作用，玻璃管进入磁场后速度保持不变，经一段时间，小球从玻璃管b端滑出并能在竖直平面内运动，最后从左边界飞离磁场．设运动过程中小球的电荷量保持不变，忽略玻璃管的质量，不计一切阻力．求：
（1）小球从玻璃管b端滑出时速度的大小；
（2）从玻璃管进入磁场至小球从b端滑出的过程中，外力F随时间t变化的关系；
（3）通过计算画出小球离开玻璃管后的运动轨迹。
11．（23-24高三下·陕西西安·阶段练习）如图所示，在平面直角坐标系xOy中，整个空间存在磁感应强度大小B=1T、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，第二象限存在方向竖直向上、电场强度大小E=10N/C的匀强电场。足够长绝缘水平传送带左传动轮正上方恰好位于坐标原点O，传送带处于停转状态。一电荷量q=+2C的物块从P（，12m）获得一初速度后，在第二象限做匀速圆周运动（轨迹为一段圆弧）恰好从原点O水平滑上传送带，沿传送带平稳滑行一段距离后停在传送带上。物块可视为质点，运动过程电量保持不变，物块与传送带之间的动摩擦因数µ=0.5，物块受到的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2。
（1）求物块从P点获得的初速度；
（2）求物块从滑上传送带到摩擦力功率最大的过程中摩擦力做的功；
（3）若传送带逆时针匀速转动，物块从原点O滑上传送带经历t=5.3s后返回O点且恰好与传送带共速，求传送带逆时针转动的速度大小。
12．（2024·安徽合肥·三模）光滑绝缘轨道ACD由竖直的半圆轨道AC和水平直轨道CD组成。半圆轨道与直轨道相切于C点。半圆轨道的圆心为O、半径为R，且圆心在AC连线上。空间有如图所示的匀强电场和匀强磁场，电场强度大小为E，方向与水平面的夹角为；匀强磁场的方向垂直纸面向里，重力加速度大小为g。在水平直轨道上的F点由静止释放一质量为m、电荷量为的带正电小滑块，该滑块运动到直轨道末端C点时恰好与轨道无压力，之后磁场消失，滑块恰好能沿着半圆轨道运动到A点，求：
（1）磁场的磁感应强度大小为多少？
（2）滑块从A点水平抛出后，再次到达水平直轨道时距离C点的距离为多少？
13．（2024·广东·二模）如图所示，以长方体abcd-a′b′c′d′的ad边中点O为坐标原点、ad方向为x轴正方向、a′a方向为y轴正方向、ab方向为z轴正方向建立Oxyz坐标系，已知Oa=ab=aa′=L。长方体中存在沿y轴负方向的匀强磁场，现有质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力），从O点沿z轴正方向以初速度v射入磁场中，恰好从a点射出磁场。
（1）求磁场的磁感应强度B的大小；
（2）若在长方体中加上沿y轴负方向的匀强电场，让粒子仍从O点沿z轴正方向以初速度v射磁场中，为使粒子能从a′点射出磁场，求电场强度E1的大小；
（3）若在长方体中加上电场强度大小为、方向沿z轴负方向的匀强电场，该粒子仍从O点沿z轴正方向以初速度v射入磁场中，求粒子射出磁场时与O点的距离s。
14．（2024·四川宜宾·三模）如图所示，正方体空间处于匀强电场和匀强磁场中，O、、e和分别是ab、cd和、的中点。匀强磁场的方向垂直于上表面abcd竖直向下，匀强电场的方向垂直于且与上表面abcd成斜向右上方。以O点为原点，沿着ba方向建立x轴，x轴正向向左；沿着方向建立y轴，y轴正向向里；沿着Oe方向建立z轴，z轴正向竖直向下。一质量为m、电荷量为q的正电小球，从O点以初速度大小为沿着方向射入，小球恰好做匀速直线运动。若仅撤去磁场，再次以相同速度将小球从O点射入，小球能够通过c点。重力加速度为g，求：
（1）匀强磁场的磁感应强度B的大小和匀强电场的电场强度E的大小；
（2）正方体空间的边长L；
（3）若仅撤去电场，保留磁场，再次以相同速度将小球从O点射入，小球经过一段时间将离开正方体空间，求：小球离开正方体空间的位置坐标，及离开该空间时的动能。
15．（2024·河北·三模）如图所示，半径的四分之一圆弧槽M固定在地面上，圆弧槽末端位于圆心正下方、且与平台KPQ上表面水平相切，P点放置质量为的小物块，KP、PQ长度分别为、，Q右侧空间存在面积足够大的匀强磁场，磁感应强度、方向水平向右，在右侧空间建立Oxyz三维直角坐标系，坐标原点O位于KPQ延长线上，x轴正方向垂直于纸面向里，y轴正方向竖直向上，z轴正方向水平向右，QO的距离，xOy平面内放置有足够大的挡板。质量、带电量的小球自圆弧槽A点正上方处从静止释放，小球与小物块发生碰撞同时，在KPQ平台上方施加方向水平向右、大小的匀强电场图中未画出。小球与小物块碰撞时无能量损失且小球电量不变，重力加速度g取，小球和小物块均可看作质点，不计一切摩擦，求：
（1）小球运动到K点时对轨道的压力；
（2）小物块飞离平台前与小球的碰撞次数；
（3）小球打在挡板上的坐标。（结果可含有）
16．（2024·安徽·模拟预测）如图所示，固定的光滑绝缘斜面的倾角为，空间存在水平向里的匀强磁场。一质量为m的带正电小球，t=0时刻从斜面上静止释放，经过时间T0离开斜面。重力加速度为g，不计其他阻力。
（1）求小球离开斜面时的速度v0；
（2）小球离开斜面后，在竖直面内的运动轨迹如图中虚曲线所示，且运动过程中的加速度大小始终不变。已知小球经过相邻两个轨迹最高点所用的时间为，求：
（ⅰ）小球的轨迹最高点和最低点间的高度差h；
（ⅱ）相邻两个最高点间的距离x。
题型三：带电粒子在交变场中的运动
17．（2024·山东泰安·模拟预测）如图甲所示，在直角坐标系xOy的第一象限内有沿y轴负方向的匀强电场，第四象限内有垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，磁场内有一个平行于x轴的足够长的接收屏。在第二象限内，长为L的平行金属板A、C水平固定放置，两板与x轴平行，且右端紧靠y轴。C板上表面到x轴的距离为两板间距离的一半，两板间加有如图乙所示的方波电压，、T均已知。在两板中线左端P点有一个粒子源，不断沿两板中线方向射出质量为m、电荷量为的粒子。粒子的初速度相同，粒子在两板间的运动轨迹在坐标平面内，粒子穿过两板所用的时间为T。从时刻射入的粒子刚好从下板右端边缘射出，经电场偏转后以与x轴正向成的方向进入磁场，粒子恰好能垂直打在屏上。不计粒子重力及粒子间的相互作用，忽略两金属板的边缘效应，求：
（1）两平行金属板间的距离；
（2）第一象限内匀强电场的电场强度大小：
（3）屏上接收到粒子的区域长度。
18．（2024·辽宁沈阳·模拟预测）如图甲所示，真空中平面直角坐标系的第一、四象限内存在垂直纸面且变化周期为的磁场（图甲中未画出）和沿轴正方向的匀强电场，电场强度大小为。将一质量为、电荷量为的带正电小球（可视为质点）从第二象限内的点沿轴正方向水平拋出，小球第一次经过轴时恰好经过点，此时速度大小为，方向与轴正方向的夹角为45°，设此时为时刻，此后磁感应强度随时间的变化关系如图乙所示（规定磁场方向垂直纸面向里为正方向），（不是已知量）。重力加速度大小为。求：
（1）小球抛出点的位置坐标；
（2）时刻小球的位置坐标；
（3）①定性画出小球第一次经过轴（即坐标原点）到第三次经过轴的轨迹（用尺规作图并标明圆心）；
②若在第一、四象限内垂直于轴放置一个足够大的挡板，粒子运动过程中恰好能够垂直打在挡板上并被吸收，求挡板坐标的所有可能值。
19．（2024·广东·模拟预测）如图甲，在平面直角坐标系中，在第一、二象限内存在沿轴正方向，大小的匀强电场（图中未画出）；在第一象限内存在周期性变化的磁场（图中未画出），方向与坐标系所在平面垂直，以磁场方向垂直于坐标系所在平面向外为正方向，磁场强度随时间的变化规律如图乙所示。在坐标原点锁定一质量为的带正电小球，电荷量为。从解除对小球的锁定开始计时，时仅改变电场强度的大小并保持恒定，小球恰好在第内做匀速圆周运动。重力加速度取。
(1)求带电小球第末距离坐标原点的距离以及速度大小；
(2)求小球做匀速圆周运动的周期并在图甲中定性地画出带电小球在内的运动轨迹；
(3)若磁场区域为矩形区域且下边界为，区域左边界与轴重合，为保证带电小球离开磁场时的速度方向沿轴正方向，求矩形区域磁场的水平及竖直边长应满足的条件。
20．（2024·山东·模拟预测）如图（a）所示，在足够大的空间内存在着周期性变化的电场、磁场，电场强度和磁感应强度随时间变化的关系图像如图（b）、图（c）所示，、已知，取垂直纸面向里为磁场的正方向，水平向右为电场的正方向。现有一个质量为m、电荷量为q的带正电粒子，在时刻由a点静止释放。已知时间，不计粒子的重力。
（1）求时，带电粒子与释放点a间的距离L。
（2）求时间内，带电粒子在磁场作用下运动的轨迹半径。
（3）若以释放点a为坐标原点，水平向右为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向，建立一个平面直角坐标系，则时带电粒子的位置坐标为多少？
21．（2024·山东·模拟预测）如图甲所示，在平面直角坐标系中，第二象限内存在水平向右的匀强电场，第一、第四象限内交替存在竖直方向的周期性变化电场和垂直纸面的周期性变化磁场，交变电场的电场强度大小和交变磁场的磁感应强度大小按图乙规律变化（其中电场方向沿y轴负向为正方向，磁场方向垂直纸面向里为正方向）。一质量为m，电荷量为q的微粒，以速度大小为从x轴负半轴的点垂直于x轴进入第二象限，时刻，以速度大小垂直于y轴方向，进入第一象限。已知交变电场和交变磁场的周期均为，重力加速度为g。求：
（1）第二象限匀强电场的电场强度的大小；
（2）自时刻起微粒再次打到x轴上时的位置（结果用L表示）和经过的时间；
（3）时刻，微粒所处的位置坐标。
22．（2024·福建漳州·二模）如图甲为实验室中利用磁场偏转的粒子收集装置原理图，在空间直角坐标系Oxyz中，有一个边长为l的正方形荧光屏abcd可沿x轴移动，荧光屏平行于yOz平面，cd在xOz平面内，d点在x轴上。在该空间加沿x轴负方向的磁场和沿y轴正方向的磁场，磁感应强度、的大小随时间t周期性变化的规律如图乙所示。时刻，一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力），以初速度从A点沿x轴正方向进入该空间。
（1）求粒子在磁场中的运动半径；
（2）若经过时间，该粒子恰好到达荧光屏，求荧光屏位置的x轴坐标和粒子打在屏幕上的坐标；
（3）若粒子达到荧光屏时的速度方向与屏幕的夹角为60°，求荧光屏位置的x轴坐标的可能取值。
23．（2024·山东枣庄·一模）如图甲所示，三维坐标系O-xyz所在的空间中，有平行于y轴且沿其正方向的匀强电场，电场强度的大小。一带正电的粒子由静止开始经加速电场加速后，沿xOy平面从x轴上的P（L，0，0）点进入匀强电场，经过P点时速度的大小为、与x轴负方向的夹角。当粒子运动一段时间到达Q（未画出）点时，匀强电场的方向突然变为z轴正方向，若以此刻为计时起点，且电场强度的大小随时间t的变化关系，如图乙所示，电场改变方向的同时加上沿z轴正方向的匀强磁场，磁感应强度的大小。已知带电粒子的质量为m，电荷量为q，粒子的重力忽略不计，求：
（1）加速电场的电压U；
（2）Q点的位置及带电粒子到达Q点时的速度；
（3）当时带电粒子的位置坐标。
24．（2023·安徽·模拟预测）如图甲所示，竖直面内直角坐标系xOy，y轴左侧的区域Ⅰ内存在水平向左的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场B1（大小未知），一质量为m、带电荷量绝对值为q的小球从P点以速度v0沿直线PO运动，PO与x轴负方向成45°角，在y轴与MN之间的区域Ⅱ内加一电场强度最小的匀强电场E2（未知）后，可使小球继续做直线运动到MN上的Q点，M、N两点对应的横坐标均为，在MN右侧的区域Ⅲ内，存在竖直向下匀强电场E3和某一圆形区域的匀强磁场B2（磁场位置图中未画出），其中，磁场B2随时间变化的规律如图乙所示，磁场变化周期为T0，取垂直纸面向外为磁场正方向，小球在时刻进入磁场B2后始终在该磁场内沿闭合轨迹做周期性运动，g为重力加速度，试求：
（1）该带电小球的电性和区域Ⅰ内匀强磁场B1的大小；
（2）区域Ⅱ内匀强电场E2的场强和小球到达Q点的速度；
（3）小球在磁场B2内沿闭合轨迹做周期性运动的周期和该磁场的最小面积。

25．（2024·陕西榆林·三模）如图所示，地面上固定一绝缘平台，平台长为，平台上方有正交的电磁场，匀强电场方向竖直向上，匀强磁场方向垂直纸面向外，平台左侧有一小车，小车上表面绝缘、光滑且与平台齐平，小车与平台紧贴无粘连，车上固定一带电源的平行板电容器，金属板A、B相距，小车和平行板电容器的总质量为，一电荷量为、质量为的金属小球P从平台左端正上方处以的速度平行平台垂直进入电磁场，刚好做匀速圆周运动，经过平台左端后与静置在小车上质量为、不带电的金属小球Q发生正碰，两个金属小球大小完全相同，接触后电荷均分（即小球P、Q各带电量），碰后小球Q以一定的速度从金属板B下端小孔进入金属板A、B间（小孔直径略大于小球直径），小球Q经过金属板B小孔的同时关闭金属板B下端小孔，此时小球P还未回到电磁场中，小球P回到电磁场时开始计时，经运动到平台右端刚好没有掉下去。已知金属板A、B间电场的电场强度与平台上方电场的电场强度大小相等。小球P与平台之间的动摩擦因数，重力加速度。求：
（1）平台上方电场的电场强度E的大小和磁场的磁感应强度B的大小；
（2）小球P与小球Q相互作用过程中机械能的改变量及小球Q与金属板A碰撞前的速度；（可用根式表示）
（3）设小球Q与金属板A、B碰撞时间极短且无机械能损失，同时小球Q立即带上与该板同种的电荷，电荷量大小仍为q，两金属板的带电量可认为不变，试推出第n次和第次碰撞（）之间的时间间隔与n的关系。
26．（2024·山东烟台·三模）如图所示，在三维直角坐标系Oxyz中的、的圆柱形空间内存在沿z轴正方向的匀强磁场，圆柱形空间的外部存在沿x轴正方向的匀强磁场，圆柱形空间内、外磁场的磁感应强度大小相等；在圆柱面上的的部分有绝缘的弹性挡板；在的区域存在沿y轴正方向、电场强度大小为E0的匀强电场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力）从A点（A点在Oxy平面内）以初速度大小为v0、与y轴负方向成53°夹角的方向射入电场，经过一段时间从x轴上的B（L，0，0）点沿x轴正方向进入圆柱形区域，接着从y轴负半轴上的C点沿y轴负方向离开此区域，然后从z轴上的D点再次进入圆柱形区域，粒子与绝缘弹性挡板碰撞过程时间极短且没有能量损失，sin53°=0.8，cs53°=0.6。求：
（1）A、B两点间的电势差UAB；
（2）圆柱形空间内、外磁场的磁感应强度大小B0；
（3）粒子从A点进入电场到再次返回A点的运动时间。
27．（2024·河南·模拟预测）质谱分析技术已广泛应用于各前沿科学领域。某种质谱仪原理如图所示。质谱仪处于真空暗室中。正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。磁分析器截面为直角扇形，M和N处各有一个小孔，被选择离子在磁分析器中做半径为R的圆周运动，恰好穿过两小孔；偏转系统中电场和磁场的分布区域是同一边长为L的正方体，其偏转系统的底面与胶片平行，间距为D，NO为垂直于屏的中心轴线。已知速度选择器、磁分析器和偏转系统中的匀强磁场的磁感应强度大小均为B，方向均垂直纸面向外；速度选择器、偏转系统中电场场强大小均为E，方向分别为竖直向上和沿x轴方向。以屏中心O为原点建立xOy直角坐标系，x轴与偏转系统电场强度方向同向。已知，。离子进入偏转系统时速率都很大，且在偏转系统中运动时NO方向的分速度总是远大于x轴方向和y轴方向的分速度。离子在偏转系统中沿x轴和y轴方向位移可忽略，不计离子重力。
（1）求离子通过速度选择器后的速度大小v和磁分析器选择出来离子的比荷；
（2）离子沿NO方向进入偏转系统，求离子打在胶片上的点的坐标（不考虑离子在偏转系统中偏离NO的距离）；
（3）保持偏转系统电场和磁场不变。多次改变速度选择器和磁分析器中电场和磁场，使两种大量电荷量相同的正离子以不同速率沿NO方向射入偏转系统，在胶片中多次曝光，最终在胶片中出现两条亮线。在两线上取y坐标相同的两个光点，对应的x坐标分别为3.00 mm和4.00mm，其中x坐标小的光点是碳12离子击中屏产生的，另一光点是未知离子产生的，求该离子的质量数。
28．（2023·山东淄博·二模）如图甲所示，某粒子从容器A正下方的小孔飘入与之间的加速电场中，其初速度可视为零，电场两极板之间的电压为U，经电场加速后通过小孔恰好沿圆弧通过静电分析器，为圆弧的圆心，、在同一水平线上，。从小孔离开后，由正方体右侧面中心位置处小孔（即图中坐标系原点）向左上方沿平面进入z轴水平的正方体空腔内。已知静电分析器内有均匀辐向分布的电场，粒子运动轨迹处电场强度大小恒定，圆弧半径和正方体边长均为L，粒子的质量为m，带电量为，重力不计。
（1）求粒子在圆弧运动轨迹处电场强度大小E；
（2）若在空腔内加平行于y轴且沿轴方向、电场强度大小为的匀强电场，求粒子从点进入空腔到打在空腔壁上的时间及打在空腔壁上的位置坐标；
（3）若空腔平行于y轴的边长变为足够大，其他方向边长不变，在空腔内加与y轴平行、磁感应强度随时间的周期性变化规律如图乙所示的磁场，其中，规定当磁场方向沿y轴正方向时磁感应强度为正，求粒子打在空腔壁上的位置坐标；
（4）若保持（3）问条件不变，平行于x轴的边长也变为足够大，平行于z轴的边长不变，在空腔内再加平行于y轴且沿轴方向、电场强度大小为的匀强电场，求粒子打在空腔壁上的速度大小。
29．（2024·天津·二模）芯片制造中，离子注入是一道重要的工序。如图是一部分离子注入工作原理示意图。从离子源A处飘出带正电的离子初速度不计，经匀强电场加速后，从P点以速度v沿半径方向射入圆形磁分析器，磁分析器中存在垂直于纸面向外的匀强磁场（大小未知），与矩形离子控制区abcd相切于Q点，ad边长为L，开始时控制区无任何场，离子从Q点离开磁分析器后可匀速穿过控制区，注入cd处的硅片上。已知离子质量为m，电荷量为q，在圆形磁分析器中运动的时间为t，图中a、P、Q三点连线正好可构成一个等边三角形，bQ足够长，不计离子的重力和离子间的相互作用。
（1）求加速电场的电压U；
（2）求圆形磁分析器的半径r；
（3）若在控制区加上垂直于纸面向里磁场，其磁感应强度大小沿ad方向按的规律均匀变化，x为该点到ab边的距离，k为已知的常数且，则要使离子不打到硅片上，ab边所在位置的磁感应强度至少为多少？
30．（2024·山东济宁·三模）利用电磁场实现离子偏转是科学仪器中广泛应用的技术。如图所示，在xOy平面内存在区域足够大的方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。位于坐标原点O处的离子源能在xOy平面内持续发射质量为m、电荷量为q的负离子，其速度方向与y轴正方向夹角的最大值为，且各个方向速度大小随变化的关系为式中为未知定值，且的离子恰好通过坐标为的P点。不计离子的重力及离子间的相互作用，并忽略磁场的边界效应，，。
（1）求关系式中的值；
（2）当离子的发射速度在第二象限内且时，求离子第一次到达界面的时间t；
（3）求所有离子中第一次到达界面时，与x轴的最远距离；
（4）为回收离子，在界面右侧加一宽度为L且平行于x轴、方向向右的匀强电场，如图所示，为使所有离子都不能穿越电场右边界，求电场强度的最小值E。