（18分） 如圖a所示，豎直直線MN左方有水平向右的勻強(qiáng)電場，現(xiàn)將一重力不計，比荷的正電荷置于電場中O點(diǎn)由靜止釋放，經(jīng)過后，電荷以v₀=1.5×10⁴m/s的速度通過MN進(jìn)入其右方的勻強(qiáng)磁場，磁場與紙面垂直，磁感應(yīng)強(qiáng)度B按圖b所示規(guī)律周期性變化（圖b中磁場以垂直紙面向外為正，以電荷第一次通過MN時為t=0時刻，忽略磁場變化帶來的影響）。求：

（1）勻強(qiáng)電場的電場強(qiáng)度E；
（2）圖b中時刻電荷與O點(diǎn)的豎直距離r。
（3）如圖在O點(diǎn)下方d=39.5cm處有一垂直于MN的足夠大的擋板，求電荷從O點(diǎn)出發(fā)運(yùn)動到擋板所需要的時間。（結(jié)果保留2位有效數(shù)字）

如右圖所示，一質(zhì)量為m、電荷量為＋q的粒子，以速度從O點(diǎn)沿y軸正方向射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向外，粒子飛出磁場區(qū)域后，從b處穿過x軸進(jìn)入場強(qiáng)為E、方向與x軸負(fù)方向成60°角斜向下的勻強(qiáng)電場中，速度方向與 x軸正方向的夾角為30°，經(jīng)過一段時間后恰好通過b點(diǎn)正下方的c點(diǎn)，粒子的重力不計．試求：
 
(1)圓形勻強(qiáng)磁場的最小面積．
(2)c點(diǎn)到b點(diǎn)的距離d.

如圖甲所示，兩平行金屬板的板長不超過0.2 m，板間的電壓u隨時間t變化的圖線如圖乙所示，在金屬板右側(cè)有一左邊界為MN、右邊無界的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度，方向垂直紙面向里．現(xiàn)有帶正電的粒子連續(xù)不斷地以速度，沿兩板間的中線平行金屬板射入電場中，磁場邊界MN與中線垂直．已知帶電粒子的比荷，粒子所受的重力和粒子間的相互作用力均忽略不計．
(1)在每個粒子通過電場區(qū)域的時間內(nèi)，可以把板間的電場強(qiáng)度看作是恒定的．試說明這種處理能夠成立的理由．
(2)設(shè)時刻射入電場的帶電粒子恰能從平行金屬板邊緣射出，求該帶電粒子射出電場時的速度大小．
(3)對于所有經(jīng)過電場射入磁場的帶電粒子，設(shè)其射入磁場的入射點(diǎn)和從磁場射出的出射點(diǎn)間的距離為d，試判斷d的大小是否隨時間而變化？若不變，證明你的結(jié)論；若變，求出d的變化范圍．
　

如右圖所示為研究帶電粒子在磁場中偏轉(zhuǎn)問題的實(shí)驗(yàn)裝置：M、N是豎直放置的兩正對著的平行金屬板，S1、S2是板上兩個正對的小孔，其中N板的右側(cè)有一個在豎直面內(nèi)，以O(shè)為圓心的圓形區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)存在垂直圓面向外的勻強(qiáng)磁場，另有一個同樣以O(shè)為圓心的半圓形熒光屏AO′C.已知S1、S2、O和熒光屏的中間位置O′在同一直線上，且AC⊥S1O′.當(dāng)在M、N板間加恒定電壓U時，一帶正電離子在S1處由靜止開始加速向S2孔運(yùn)動，最后打在圖示的熒光屏上的P處，∠COP＝30°.若要讓上述帶正電離子(不計重力)仍在S1處由靜止開始加速，最后打在圖示的熒光屏下邊緣C處，求M、N板間所加電壓的大小U′.

如圖所示，虛線OL與y軸的夾角為θ＝60°，在此角范圍內(nèi)有垂直于xOy平面向外的勻強(qiáng)磁場，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B。一質(zhì)量為m、電荷量為q（q＞0）的粒子從左側(cè)平行于x軸射入磁場，入射點(diǎn)為M。粒子在磁場中運(yùn)動的軌道半徑為R。粒子離開磁場后的運(yùn)動軌跡與x軸交于P點(diǎn)（圖中未畫出），且OP=R。不計重力。求M點(diǎn)到O點(diǎn)的距離和粒子在磁場中運(yùn)動的時間。

有一種“雙聚焦分析器”質(zhì)譜儀，工作原理如圖所示。加速電場的電壓為U，靜電分析器中有輻向會聚電場，即與圓心O₁等距各點(diǎn)的電場強(qiáng)度大小相同，方向沿徑向指向圓心O₁；磁分析器中以O(shè)₂為圓心、圓心角為90°的扇形區(qū)域內(nèi)，分布著方向垂直于紙面向外的勻強(qiáng)磁場，其左邊界與靜電分析器的右邊界平行．由離子源發(fā)出一個質(zhì)量為m、電荷量為q的正離子（初速度為零，重力不計），經(jīng)加速電場加速后，從M點(diǎn)沿垂直于該點(diǎn)的電場方向進(jìn)入靜電分析器，在靜電分析器中，離子沿半徑為R的四分之一圓弧軌道做勻速圓周運(yùn)動，并從N點(diǎn)射出靜電分析器．而后離子由P點(diǎn)沿著既垂直于磁分析器的左邊界，又垂直于磁場方向射入磁分析器中，最后離子沿垂直于磁分析器下邊界的方向從Q點(diǎn)射出，并進(jìn)入收集器．測量出Q點(diǎn)與圓心O₂的距離為d，位于Q點(diǎn)正下方的收集器入口離Q點(diǎn)的距離為d/2．（題中的U、m、q、R、d都為已知量）

（1）求靜電分析器中離子運(yùn)動軌跡處電場強(qiáng)度E的大��；
（2）求磁分析器中磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大��；
（3）現(xiàn)將離子換成質(zhì)量為4m ,電荷量仍為q的另一種正離子，其它條件不變．磁分析器空間足夠大，離子不會從圓弧邊界射出，收集器的位置可以沿水平方向左右移動，要使此時射出磁分析器的離子仍能進(jìn)入收集器，求收集器水平移動的距離．

（１４分）如左圖所示，x≥0的區(qū)域內(nèi)有如右圖所示大小不變、方向隨時間周期性變化的磁場，磁場方向垂直紙面向外時為正方向。現(xiàn)有一質(zhì)量為m、帶電量為q的正電粒子，在t=0時刻從坐標(biāo)原點(diǎn)O以速度v沿著與x軸正方向成75°角射入。粒子運(yùn)動一段時間到達(dá)P點(diǎn)，P點(diǎn)坐標(biāo)為(a,a),此時粒子的速度方向與延長線的夾角為30°.粒子在這過程中只受磁場力的作用。

(1)若B為已知量,試求粒子在磁場中運(yùn)動時的軌道半徑R及周期T的表達(dá)式。
(2)說明在OP間運(yùn)動的時間跟所加磁場的變化周期T之間應(yīng)有什么樣的關(guān)系才能使粒子完成上述運(yùn)動。
(3)若B為未知量,那么所加磁場的變化周期T、磁感強(qiáng)度B₀的大小各應(yīng)滿足什么條件，才能使粒子完成上述運(yùn)動？(寫出T及B₀各應(yīng)滿足條件的表達(dá)式)

（12分）如圖所示， C、D為兩平行金屬板，C板帶正電，D板帶負(fù)電,C、D間加有電壓U=2.0×10²V。虛線E為勻強(qiáng)磁場中的分界線，B1=B2=1.0×10^-2 T，方向相反 。虛線F為過點(diǎn)O3的一條虛線,C、D、E、F相互平行，依次相距d="10m" 。現(xiàn)在金屬板中點(diǎn)O1由靜止釋放一質(zhì)量m=1.0×10^-12kg、電荷量q=1.0×10^-8C的粒子，粒子被電場加速后穿過小孔O2 ,再經(jīng)過磁場B1、B2偏轉(zhuǎn)后，通過點(diǎn)O3。不計粒子重力(計算結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)

(1)求粒子從O1到O3點(diǎn)的運(yùn)動時間；
(2)若自粒子穿過O2開始，右方與虛線F相距 40m處有一與之平行的擋板G正向左以速度勻速移動，當(dāng)與粒子相遇時粒子運(yùn)動方向恰好與擋板平行，求的大�。�

（12分）一質(zhì)量為m、帶電量為＋q的粒子以速度v₀從O點(diǎn)沿y軸正方向射入一圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域，磁場方向垂直紙面向外，粒子飛出磁場區(qū)域后，從b處穿過x軸，速度方向與x軸正方向的夾角為30°，同時進(jìn)入場強(qiáng)大小為大小為E，方向沿x軸負(fù)方向成60°角斜向下的勻強(qiáng)電場中，通過了b點(diǎn)正下方c點(diǎn)，如圖所示，已知 b到O的距離為L，粒子的重力不計，試求：

（1）磁感應(yīng)強(qiáng)度B
（2）圓形勻強(qiáng)磁場區(qū)域的最小面積；
（3）c點(diǎn)到b點(diǎn)的距離

如圖所示，鉛盒內(nèi)放有某種具有放射性的礦物，開始時其中有、兩種放射性元素同位素原子核．其中會自發(fā)的放出某種粒子x后變成并不再變化，發(fā)生6次α衰變和4次β衰變后變成一種穩(wěn)定的原子核y．由于碰撞和其他原因，粒子x和α、β粒子從鉛盒的小孔射出時的速度可以在一個很大的范圍內(nèi)變化．這些粒子射出后由小孔O，垂直于電場和磁場的進(jìn)入一個電磁場共存的區(qū)域，其中電場強(qiáng)度大小E₁，方向水平向左，磁感應(yīng)強(qiáng)度大小B₁，方向垂直于紙面向里．部分粒子能沿直線由小孔射出，由A點(diǎn)垂直磁場、垂直于邊界射入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B₂，方向垂直紙面向里的勻強(qiáng)磁場中，磁場在粒子初速度方向上的寬度為d，垂直初速度方向足夠大．在磁場的邊界上鋪有一層感光底片從射入的粒子最終打在1、2、3三點(diǎn)．設(shè)電子質(zhì)量為m，電量為e，α粒子質(zhì)量為7200m．求：

（1）粒子x是什么？寫出變化成的核反應(yīng)方程；原子核y是什么？
（2）試通過計算說明打在1、2、3三點(diǎn)的分別是什么粒子．
（3）2點(diǎn)到正對面B點(diǎn)的距離是多少？
（4）若要三種粒子均不打在感光底片上，磁感應(yīng)強(qiáng)度B₂的最小值為多少？