如图所示，这是一个新型质谱仪的结构示意图。它主要是由加速电场、静电分析器和磁分析...

如图所示，这是一个新型质谱仪的结构示意图。它主要是由加速电场、静电分析器和磁分析器组成。加速电场的电压为U。静电分析器中处于圆心为O1、半径相同的各点，其电场强度大小相等，方向沿半径指向圆心O1。磁分析器中存在以O2为圆心的四分之一圆周的扇形匀强磁场，其方向垂直纸面。磁场左边界与静电分析器的右边界平行。由离子源产生一个初速度为零的质量为m，电量为q的正离子。（不计重力）经加速电场加速后，从M点沿垂直于该点的场强方向进入静电分析器，沿半径为R的四分之一圆弧轨迹做匀速圆周运动，并从N点射出静电分析器。而后离子由P点沿着既垂直于磁分析器的左边界，平行纸面进入磁分析器中，最后离子沿垂直于磁分析器下边界的方向从Q点射出，并进入收集器。测量出Q点与圆心O2的距离为d

满分5 manfen5.com

（1）求静电分析器中离子运动轨迹处电场强度E的大小；

（2）求磁分析器中磁场的磁感应强度B的大小和方向；

（3）通过分析和必要的数学推导，请你说明如果离子的质量为2m，电荷量仍为q，其他条件不变，这个离子射出电场和射出磁场的位置是否变化。

（1）（2），磁场方向垂直纸面向外（3）不能沿原来的轨迹从Q点射出磁场【解析】试题分析：（1）离子在静电分析器中做匀速圆周运动，根据牛顿第二定律可得设离子进入静电分析器时的速度为v，离子在加速电场中加速的过程中，由动能定理有，联立可得（2）离子在磁分析器中做匀速圆周运动，故有，由题意可得知，圆周运动的轨道半径为，联立可得，磁场方向垂直纸面向外（3）设质量为2m的离子经加速电场加速后，速度为，由动能定理可得，解得新离子进入电场时与的距离仍为R，新离子如果在电场中做半径为R的匀速圆周运动，所需要的向心力，联立可得即该离子所受电场力，恰好等于它若做匀速圆周运动的向心力，因此这个离子仍然在静电分析器中做半径为R的匀速圆周运动，仍从N点射出由②④式可知，离子在磁分析器中做匀速圆周运动的半径，与离子的质量有关，所以不能沿原来的轨迹从Q点射出磁场。考点：考查了带电粒子在组合场中的运动【名师点睛】带电粒子在组合场中的运动问题，首先要运用动力学方法分析清楚粒子的运动情况，再选择合适方法处理．对于匀变速曲线运动，常常运用运动的分解法，将其分解为两个直线的合成，由牛顿第二定律和运动学公式结合求解；对于磁场中圆周运动，要正确画出轨迹，由几何知识求解半径

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考点分析：

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如图所示。两金属杆ab和cd长均为l = 0．5m，电阻均为R = 8．0Ω，质量分别为M = 0．2kg和 m = 0．1kg，用两根质量和电阻均可忽略的不可伸长的柔软导线将它们连成闭合回路，并悬挂在水平、光滑、不导电的圆棒两侧。两金属杆都处在水平位置，整个装置处在一个与回路平面相垂直向内的匀强磁场中，磁感应强度为B=2T。若整个装置从静止开始到金属杆ab下降高度h=5．0m时刚好匀速向下运动。（g=10m/s2）求