第 3 节 带电粒子在组合场中的运动高考对本节内容的考查，主要集中在质谱仪与回旋加速器、带电粒子在三类组合场中的运动、带电粒子在交变电磁场中的运动，其中对质谱仪与回旋加速器的考查，主要以选择题的形式呈现，难度一般，而对带电粒子在三类组合场中的运动和带电粒子在交变电磁场中的运动的考查，难度较大。考点一 质谱仪与回旋加速器[师生共研类]1．质谱仪(1)构造：如图所示，由粒子源、加速电场、偏转磁场和照相底片等构成。(2)原理：粒子由静止被加速电场加速，qU＝mv2。粒子在磁场中做匀速圆周运动，有 qvB＝m。由以上两式可得 r＝ ，m＝，＝。2．回旋加速器(1)构造：如图所示，D1、D2是半圆形金属盒，D 形盒的缝隙处接交流电源，D 形盒处于匀强磁场中。(2)原理：交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相等，粒子经电场加速，经磁场回旋，由 qvB＝，得 Ekm＝，可见粒子获得的最大动能由磁感应强度 B 和 D 形盒半径 R 决定，与加速电压无关。[例 1] (2018·全国卷Ⅲ)如图，从离子源产生的甲、乙两种离子，由静止经加速电压 U 加速后在纸面内水平向右运动，自 M 点垂直于磁场边界射入匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场左边界竖直。已知甲种离子射入磁场的速度大小为 v1，并在磁场边界的 N 点射出；乙种离子在 MN 的中点射出；MN 长为 l。不计重力影响和离子间的相互作用。求：(1)磁场的磁感应强度大小； (2)甲、乙两种离子的比荷之比。[解析] (1)设甲种离子所带电荷量为 q1、质量为 m1，在磁场中做匀速圆周运动的半径为 R1，磁场的磁感应强度大小为 B，由动能定理有q1U＝m1v12①由洛伦兹力公式和牛顿第二定律有q1v1B＝m1②由几何关系知2R1＝l③由①②③式得B＝。④(2)设乙种离子所带电荷量为 q2、质量为 m2，射入磁场的速度为 v2，在磁场中做匀速圆周运动的半径为 R2。同理有q2U＝m2v22⑤q2v2B＝m2⑥由题给条件有2R2＝⑦由①②③⑤⑥⑦式得，甲、乙两种离子的比荷之比为∶＝1∶4。⑧[答案] (1) (2)1∶4[例 2] 某型号的回旋加速器的工作原理如图甲所示，图乙为俯视图。回旋加速器的核心部分为两个 D 形盒，分别为 D1 、D2。D 形盒装在真空容器里，整个装置放在巨大的电磁铁两极之间的强大磁场中，磁场可以认为是匀强磁场，且与 D 形盒底面垂直。两盒间的狭缝很小，带电粒子穿过狭缝的时间可以忽略不计。D 形盒的半径为 R，磁场的磁感应强度为 B。若质子从粒子源 O 处进入加速电...
