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【高考真题2026】-大题27

【高考真题2026】-大题27

3.在坐标系中,第二象限有一粒子发生器,其右侧放置速度选择器,速度选择器中电场强度大小为,方向沿轴负方向,匀强磁场方向垂直面向里;)与轴正半轴所围区域I中充满垂直面向外的匀强磁场;轴下方为区域、第一象限为区域,两区域均充满方向垂直面向里的匀强磁场,磁感应强度大小分别为。质量为、电荷量为的粒子经速度选择器后以速率从点沿轴正方向进入区域,一段时间后恰好从原点沿轴负方向进入区域、不计粒子重力及粒子间相互作用。

(1)求速度选择器中磁感应强度大小和区域中磁感应强度大小

(2)求粒子点运动到的时间

(3)当粒子从点离开区域进入区域时,和电荷量相同的粒子恰好从点以速率沿轴负方向进入区域,若粒子轴相遇且相遇时速度都沿轴正方向,求粒子的质量及第一次相遇时的轴坐标

参考答案

【详解】(1)粒子在速度选择器中做直线运动,有

解得

粒子在区域中做匀速圆周运动,由几何关系得轨迹半径,根据

解得

2)根据

可知,粒子在区域中的轨迹半径分别为

画出粒子运动轨迹图

可知从点进入区域,经半圆到达

再根据

可知运动时间

点进入区域,经半圆到达,时间

点再次进入区域,经半圆到达,时间

则总时间

3)画出粒子 的运动轨迹如图

区域粒子半径

粒子半径

粒子半周期

粒子半周期

区域粒子半径

粒子半径

粒子半周期

粒子半周期

粒子每完成一次区域下半圆+区域上半圆的运动,坐标的净变化

同理

所花时间

同理

取粒子点沿轴负方向进入区域的时刻为,粒子1次速度向上点:在区域中走下半圆到达

坐标

时间

此后每经过一次区域上半圆和一次区域下半圆,到达下一个速度向上点。设第次速度向上点

粒子到达第一次向上点(即)时,从点以同样速率沿轴负方向进入区域b的起始时刻为

粒子1次速度向上点(绝对时刻):先在区域走下半圆

坐标

时刻

同理,第次速度向上点

由相遇条件

两式相除消去

最小正整数解为

代入得