(9分) 如圖所示，在傾角為30°的斜面OA的左側有一豎直檔板，其上有一小孔P，OP=0.5m．現有一質量m=4×10－20kg、電荷量q=+2×10－14C的粒子，從小孔以速度v0=3×104m/s水平射向磁感應強度B=0.2T、方向垂直紙面向外的圓形磁場區域，且在飛出磁場區域后能垂直打在OA面上，粒子重力不計．求：
（1）粒子在磁場中做圓周運動的半徑；
（2）粒子在磁場中運動的時間；
（3）圓形磁場區域的最小半徑．
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（10分）如圖所示，在平面直角坐標系中有一個垂直紙面向里的圓形勻強磁場，其邊界過原點O和y軸上的點A（0，L）。一質量為m、電荷量為e的電子從A點以初速度v0平行于x軸正方向射入磁場，并從x軸上的B點射出磁場，射出B點時的速度方向與x軸正方向的夾角為60°。求：
（1）電子在磁場中運動的軌跡半徑r；
（2）勻強磁場的磁感應強度B的大小；
（3）電子在磁場中運動的時間t。
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在邊長為2a的正△ABC內存在垂直紙面向里的磁感強度為B的勻強磁場，有一帶正電q，質量為m的粒子從距A點
的D點垂直AB方向進入磁場，如下圖所示，求： 
(1)粒子速率應滿足什么條件，粒子能從AB間射出；
(2)粒子速率應滿足什么條件，粒子能從AC間射出。
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（10分）回旋加速器是用來加速帶電粒子的裝置，圖中為回旋加速器的示意圖。D1、D2是兩個中空的鋁制半圓形金屬扁盒，在兩個D形盒正中間開有一條狹縫，兩個D形盒接在高頻交流電源上。在D1盒中心A處有粒子源，產生的帶正電粒子在兩盒之間被電場加速后進入D2盒中。兩個D形盒處于與盒面垂直的勻強磁場中，帶電粒子在磁場力的作用下做勻速圓周運動，經過半個圓周后，再次到達兩盒間的狹縫，控制交流電源電壓的周期，保證帶電粒子經過狹縫時再次被加速。如此，粒子在做圓周運動的過程中一次一次地經過狹縫，一次一次地被加速，速度越來越大，運動半徑也越來越大，最后到達D形盒的邊緣，沿切線方向以最大速度被導出。已知帶電粒子的電荷量為q，質量為m，加速時狹縫間電壓大小恒為U，磁場的磁感應強度為B，D形盒的半徑為R，狹縫之間的距離為d。設從粒子源產生的帶電粒子的初速度為零，不計粒子受到的重力，求：
（1）帶電粒子能被加速的最大動能Ek；
（2）帶電粒子在D2盒中第n個半圓的半徑；
（3）若帶電粒子束從回旋加速器輸出時形成的等效電流為I，求從回旋加速器輸出的帶電粒子的平均功率
。
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（8分）一帶電量大小為q，質量為m的小球，從水平面上a點以初速度v0豎直向上射入如圖所示的水平方向勻強磁場中，磁場的磁感應強度為B，當地的重力加速度為g。求：
（1）小球帶正電還是負電；
（2）小球運動到離水平面豎直高度為h的b點時的速度大小；
（3）小球運動到離水平面豎直高度為h的b點時，小球所受的磁場力大小。
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（16分）如圖所示，間距為L的光滑平行金屬導軌M、N水平固定，長為L、阻值為R0的金屬棒ab垂直于導軌放置，可緊貼導軌滑動。導軌右側連接一對水平放置的平行金屬板AC，板間距為d，板長也為L，導軌左側接阻值為R的定值電阻，其它電阻忽略不計。軌道處的磁場方向豎直向下，金屬板AC間的磁場方向垂直紙面向里，兩磁場均為勻強磁場且磁感應強度大小均為B。當ab棒以速度v0向右勻速運動時，一電量大小為q的微粒以某一速度從緊貼A板左側平行于A板的方向進入板間恰好做勻速圓周運動。試求：
（1）AC兩板間的電壓U；
（2）帶電微粒的質量m；
（3）欲使微粒不打到極板上，帶電微粒的速度v應滿足什么樣的條件．
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（14分）1932年美國物理學家勞倫斯發明了回旋加速器，巧妙地利用帶電粒子在磁場中的運動特點，解決了粒子的加速問題。現在回旋加速器被廣泛應用于科學研究和醫學設備中。某型號的回旋加速器的工作原理如圖（甲）所示，圖（乙）為俯視圖。回旋加速器的核心部分為兩個D形盒，分別為D1、D2。D形盒裝在真空容器里，整個裝置放在巨大的電磁鐵兩極之間的強大磁場中，磁場可以認為是勻強磁場，且與D形盒底面垂直。兩盒間的狹縫很小，帶電粒子穿過的時間可以忽略不計。D形盒的半徑為R，磁場的磁感應強度為B。設質子從粒子源A處進入加速電場的初速度不計。質子質量為m、電荷量為+q。加速器接入一定頻率的高頻交變電源，加速電壓為U。加速過程中不考慮相對論效應和重力作用。
（1）求質子第1次經過狹縫被加速后進人D2盒時的速度大小v1；
（2）求質子第1次經過狹縫被加速后進人D2盒后運動的軌道半徑r1；
（3）求質子從靜止開始加速到出口處所需的時間t。
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（15分）甲圖為質譜儀的原理圖．帶正電粒子從靜止開始經過電勢差為U的電場加速后，從G點垂直于MN進入偏轉磁場．該偏轉磁場是一個以直線MN為上邊界、方向垂直于紙面向外的勻強磁場，磁場的磁感應強度為B，帶電粒子經偏轉磁場后，最終到達照相底片上的H點．測得G、H間的距離為d，粒子的重力忽略不計．
（1）設粒子的電荷量為q，質量為m，試證明該粒子的比荷為：
；
（2）若偏轉磁場的區域為圓形，且與MN相切于G點，如圖乙所示，其它條件不變。要保證上述粒子從G點垂直于MN進入偏轉磁場后不能打到MN邊界上（MN足夠長），求磁場區域的半徑應滿足的條件。
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（10分）磁譜儀是測量
粒子能量（即動能）的重要儀器。磁譜儀的工作原理如圖所示，放射源Ｓ發出質量為m、電量為q的粒子沿垂直磁場方向進入磁感應強度為Ｂ的勻強磁場，被限束光欄Ｑ限制在
的小角度內，入射的粒子經磁場偏轉后打到與束光欄平行的感光片Ｐ上，形成寬度為Δx的光帶。試求入射粒子的能量。（重力影響不計） 
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（3）0.15m
(2分)
，所以勻速圓周運動的圓心角也為60°，運動的時間為T/6，
，粒子在磁場中運動的時間為
（2分）
=0.15m （3分）
