2026年高考物理一轮复习(通用版)微专题五带电粒子在立体空间和交变电磁场中的运动问题(专项训练)(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮复习(通用版)微专题五带电粒子在立体空间和交变电磁场中的运动问题(专项训练)(学生版+解析)，共9页。试卷主要包含了的实验装置，次完整的匀速圆周运动，，经、间电压加速后，射入偏转器等内容，欢迎下载使用。
\l "_Tc212800058" 01 课标达标练 PAGEREF _Tc212800058 \h 1
\l "_Tc212800059" 题型01 带电粒子在立体空间的运动 PAGEREF _Tc212800059 \h 1
\l "_Tc212800060" 题型02 带电粒子在交变场中的运动 PAGEREF _Tc212800060 \h 20
\l "_Tc212800061" 02 核心突破练 PAGEREF _Tc212800061 \h 24
\l "_Tc212800062" 03 真题溯源练 PAGEREF _Tc212800062 \h 44
01 带电粒子在立体空间的运动
1．（2025·天津·一模）如图甲为某款医用治疗装置，该装置由粒子源、直线加速器和偏移器等部件构成。直线加速器由一系列带孔的金属漂移管组成，每个漂移管两端圆板横截面面积相等且依次排列，中心轴线共线，漂移管的长度按照一定的规律依次增加。序号为奇数的漂移管和交变电源的一极相连，序号为偶数的漂移管和电源的另一极相连。交变电源两极间电势差的变化规律如图乙。在t=0时，奇数漂移管相对于偶数漂移管的电势差为正值，此时位于序号为0的圆板中央的粒子源静止释放出一个电子，电子在圆板和漂移管1间的狭缝电场中由静止开始加速，沿中心轴线冲进漂移管1，在漂移管1内做匀速直线运动。每次电子在漂移管内运动时间恰为交变电源周期的一半。已知电子的质量为m、电荷量为e，交变电源电压的绝对值为，周期为T，忽略电子在狭缝内运动的时间及相对论效应，不考虑电子的重力及其他因素的影响。
(1)求电子进入漂移管1时的速度v1的大小；
(2)为使电子运动到漂移管之间各狭缝中都能恰好使静电力的方向跟运动方向相同而不断加速，求第n个漂移管的长度；
(3)该电子加速到最大动能Ekm后，恰好沿O'O方向射入偏移器，偏移器为一棱长为L的正方体，正方体内充满匀强电场和匀强磁场，O'为偏移器左侧面的中心点，当偏移器内电场强度和磁感应强度均为0时，电子恰好沿O'O射到目标平面中心O点处（O点和偏移器左、右侧面中心点共线），目标平面和偏移器右侧面平行且相距为L，当偏移器同时加上如图所示的匀强电场和匀强磁场（方向均垂直于前、后侧面）时，电子在极短的时间内穿过偏移器，打在目标平面上（）处，求偏移器中电场强度E和磁感应强度B的大小。（当α很小时，有）
【答案】(1)
(2)
(3)；
【详解】（1）根据动能定理有
解得
（2）电子在第n节漂移管内的运动时间为
设电子在第n节漂移管内的运动速度为，有
解得
故第n节漂移管长度为
（3）设电子进入偏移器时速度为v，则在偏移器内，由于电场引起的速度增量对y轴方向的运动不产生影响，y轴方向上相当于只考虑磁场存在，设电子进入磁场后做圆周运动半径为，如图
根据洛伦兹力提供向心力
解得
又有
经过磁场后，电子在y轴方向偏移距离
离开磁场后，电子在y轴方向偏移距离
则有
可得
又
解得
根据运动的分解，只考虑电场存在时
x轴方向加速度为
飞行时间为
又，解得
离开偏移器时x轴方向获得的速度为
经过电场后，电子在x轴方向偏移的距离和偏移角的正切为、
离开电场后，电子在x轴方向偏移的距离
则有
可得
又
得
2．（2025·北京西城·一模）图1为一种测量电子比荷（电荷量e与质量m之比）的实验装置。两块金属圆盘M、N平行放置，间距为d，照相底片环绕圆盘，距圆盘边缘的径向距离为L。整个装置放在真空中。在两圆盘中心连线的中央有一点状粒子源，向各个方向均匀发射速度大小不同的电子，由于d很小，只有速度方向平行圆盘的电子才能射出圆盘区域。
装置所在空间的匀强磁场的磁感应强度和M、N间的电势差按表格所示的三种模式切换，表中B、U均为已知。以水平向右为磁场的正方向，电场只存在于圆盘间。图2为装置的俯视图，定义角度θ为底片上某点和圆盘中心的连线与磁感应强度正方向的夹角。
(1)判断在θ=90°和270°两个方向中，哪个方向在三种模式下均会有电子从圆盘区域射出，求在模式2、3情况下射出电子的速度大小v0.
(2)在（1）中有电子射出的方向上，求在模式2、3情况下，电子打在底片上的位置间的距离y0与比荷的关系。
(3)经过三种模式的反复切换，取有曝光线条的一段底片进行分析，如图3所示。研究人员发现，电子在磁场中运动的轨迹半径远大于L，可将电子在偏转过程中受到的洛伦兹力视为恒力。为充分利用数据测出电子的比荷，测量不同角度θ及对应的上下两条曝光曲线间距y，获取多组数据。以y为纵坐标轴，合理选择横坐标轴，就能将数据拟合为一条过原点的直线，使其斜率等于电子的比荷。请写出横坐标轴的表达式。
【答案】(1)见解析，
(2)
(3)
【详解】（1）三种模式下，在模式二洛伦兹力向上，电场力向下，可以受力平衡直线运动，模式三洛伦兹力向上电场力向下，可以受力平衡，因此三种模式方向上均有电子射出
模式二洛伦兹力向下，电场力向下不能受力平衡，不能射出。
在模式2、3情况下，圆盘间电场的电场强度大小
电子在圆盘间做直线运动有
得
（2）在模式2、3情况下，电子从圆盘间射出后，在磁场中做匀速圆周运动，设圆周运动半径为R，根据牛顿第二定律有
得
由几何关系可知，在两种模式下，电子打在底片上的位置间的距离
（3）在模式2、3情况下，设从圆盘间沿θ角方向射出的电子速度的大小为v，则根据
得
电子射出后，由题意可知，电子的偏转可视为恒力作用下的运动，则电子从圆盘边缘运动到底片的时间
设电子加速度的大小为a，则
电子打在底片上的偏转距离
得
则以为横轴作出图像，图线的斜率即为电子的比荷。
3．（2025·广东湛江·一模）芯片科技是支撑数字经济、保障产业链安全、推动人工智能等前沿领域发展的“工业粮食”，影响着国家科技实力和核心竞争力。科技小组仿照芯片生产中“电场-磁场-离子注入器”构建了如下图所示的复合场质量为m的带电粒子运动引导装置。该高为H且底面半径为R圆柱形装置的中心轴与水平面成角为θ，点P是装置底面圆周上的一点，点Q是粒子目标汇聚点。借助一定的条件，在装置内部激发出平行于轴线且方向相同的电场和磁场，其中电场强度大小为E，磁感应强度大小为B。现在以点P为初始位置，射入一个电荷量为e的电子，其初速度与水平地面平行。在只激发磁场时，电子出射点为P'（图中未标出），且恰好在垂直磁场方向内部完成了n（n>1）次完整的匀速圆周运动。当同时激发电场时，电子出射点不变，在垂直磁场方向仅完成一次完整的匀速圆周运动，并在点P'处脱离装置，进入匀速漂移管，最终击中点Q完成电子注入的模拟操作，电子重力忽略不计。求该电子：
(1)初速度v₀；
(2)脱离装置后，沿轴向最大位移y；
(3)在一次实验中，由于系统不稳定导致预设粒子汇聚点Q沿轴向下移动了一小段距离，为了矫正误差，科技小组只在圆柱装置外加上场强为E₀的垂直轴向的电场使得电子恰能击中点Q，此时从射入到击中点Q全过程中，电场力对其做的功W。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）由题意可知，电子射入装置后，在轴线法向做匀速圆周运动，由牛顿第二定律对电子
且
撤去电场时，电子沿轴向做匀速运动有
加上电场时，由牛顿第二定律有
此时有
解得
（2）加上电场后，电子脱离装置沿轴向有最大位移，沿轴向由动量定理
脱离装置后，电子将沿直线运动，由几何关系
解得
（3）由于电子恰好能击中Q，在轴法向上，由牛顿第二定律
且
装置外电场力做功
装置内电场力做功
全过程电场力做功
解得
4．（2025·河北秦皇岛·模拟预测）电场和磁场经常被用来控制带电粒子的运动轨迹。如图，阴极不断释放出电子（初速度为零），经、间电压加速后，射入偏转器。偏转器是一正方体，棱长为。当偏转器内不设置电场或磁场时，电子穿过偏转器左右侧面中心点后，打到靶面中心的点，靶面足够大，与偏转器的右侧面平行且相距，已知、间的电压为，电子的质量为、带电荷量的值为。
(1)若在偏转器内充满垂直于前后面的匀强电场，电场强度大小为，电子穿过偏转器的右侧面后打在靶面轴上的点，求、两点间的距离；
(2)若在偏转器内充满垂直于前后面的匀强磁场，磁感应强度大小，电子穿过偏转器右侧面后打在靶面轴上的点，求、两点间的距离。
【答案】(1)
(2)
【详解】（1）根据
解得
电子进入偏转器时速度为，则在偏转器内轴方向有
运动时间为
离开偏转器时轴方向的速度为
在电场中，电子在轴方向偏转的距离和速度偏转角的正切值分别
离开电场后，电子在轴方向偏移的距离为
则、两点间的距离为
解得
（2）电子进入磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，有
解得
电子速度偏转角为，则有
在磁场中，电子在方向偏转的距离为
离开磁场后，电子在方向偏移的距离为
则、两点间的距离
解得
5．（2025·西藏日喀则·二模）如图所示，空间中存在一长方体区域，，，，中间有一竖直截面，，区域中存在沿方向的匀强电场，电场强度，区域存在沿方向的匀强磁场（未画出），质量为、电荷量为的正粒子以初速度从点沿方向射入电场，从边上的点（未画出）进入磁场，发现粒子恰好不能从上、下底面和前、后侧面飞出，不计粒子重力。求：
(1)的长度；
(2)粒子从射入电场到射出磁场的时间；
(3)磁感应强度的大小。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）电场中粒子做类平抛运动，根据平抛运动规律
根据牛顿第二定律可得，
联立解得，
（2）磁场中粒子做等距螺旋线运动，水平方向做匀速直线运动
解得
运动时间
故总时间
（3）洛伦兹力提供圆周运动的向心力，则有
粒子运动的周期
若轨迹与相切，则有
此时
故粒子未达即出射，不符合题意；
若轨迹与相切，则有
此时
粒子恰好从边出射，可得
联立解得
6．（2025·北京大兴·三模）如图1所示，真空中有一长直细金属导线，长为，与导线同轴放置一半径为高也为的金属圆柱面，将外壳接地。假设导线沿径向均匀射出速率相同的电子，且单位长度导线单位时间内射出的电子数为。已知电子质量为，电荷量为。不考虑出射电子间的相互作用。
(1)若导线单位时间发射电子的总动能为。求：
a.稳定状态下，通过接地线的电流；
b.出射电子的初速度大小。
(2)在金属圆柱内空间施加平行于导线向下的匀强磁场，如图2。已知磁感应强度为，若想让电子依旧全部打到圆柱面上，求导线单位时间辐射电子的总动能最小值。
(3)在金属圆柱内空间施加平行于导线向上的匀强电场，如图3。经数据分析发现，通过接地线的电流随着匀强电场强度均匀变化，其图像如图4。若已知该图像的斜率绝对值为，求导线单位时间辐射电子的总动能。
【答案】(1)，
(2)
(3)
【详解】（1）a.根据电流定义式，时间内射出的电子电量，解得
b.根据能量关系，解得
（2）最小时有
根据洛伦兹力提供向心力
根据几何关系，解得
（3）水平方向，竖直方向，根据牛顿第二定律
导线此时在接地线中产生的电流为
整理得，则
根据能量关系，解得
7．（2025·福建龙岩·模拟预测）如图甲所示是托卡马克装置的结构示意图，其主要包括环形真空室、极向场线圈、环向场线圈等，在环形真空室内注入少量氢的同位素氘和氚，提高温度使其发生聚变反应产生氦和中子。如图乙所示为环形真空室的示意图，它的轴线半径为r，横截面的圆半径为R，假设环形真空室内粒子质量为m、电荷量为+q，粒子碰到真空室的室壁立即被吸收。
(1)写出氘和氚核聚变的核反应方程式；
(2)若粒子以速度沿真空室轴线做匀速圆周运动，求极向场线圈产生磁场的大小；
(3)将装置中相邻环向场线圈简化为两个平行线圈，通电后在真空室内产生磁感应强度为B0的匀强磁场，如图丙所示。位于两个线圈轴线中点的粒子源O向右侧各个方向均匀发射速度大小为的粒子。
① 若某粒子发射时速度方向与x轴的夹角θ=37°，求该粒子做螺旋线运动的螺距；
② 求粒子源发出的粒子没有被室壁吸收的百分比η1；
【答案】(1)
(2)
(3)①；②
【详解】（1）氘和氚核聚变的核反应方程式为
（2）设极向场线圈产生的磁场大小为B，由洛伦兹力提供向心力
解得
（3）带电粒子与x轴成θ角射入环向磁场，粒子沿螺旋线运动。
① 设粒子垂直轴向做圆周运动的周期为T，则
设粒子沿轴向做匀速运动的速度，则螺距
解得
② 粒子垂直轴向做匀速圆周运动，设粒子刚好碰到室壁的角度为θ，由洛伦兹提供向心力
又半径为
根据速度的分解，有
可得
粒子源发出的粒子没有被室壁吸收的百分比
解得
8．（2025·广西南宁·模拟预测） 如图所示，质量为m、带电荷量为+q的粒子在M处由静止经加速电场加速，后沿图中半径为R的圆弧虚线通过静电分析器，静电分析器通道内有均匀辐向分布的电场，圆弧虚线所在处场强大小处处为E，然后从面ABCD中心处垂直进入棱长为L的正方体静电收集区域。不计粒子重力。
(1)求粒子离开加速电场的速率v和加速电场的电压U；
(2)若静电收集区域只存在与DB方向平行的匀强磁场，粒子恰好能打在C点位置，求匀强磁场的磁感应强度大小B；
(3)若静电收集区域同时存在与AB方向平行的匀强电场和匀强磁场，粒子恰好能打在C点位置，求匀强磁场的磁感应强度大小B0和匀强电场的电场强度大小E0。
【答案】(1)，
(2)
(3)，
【详解】（1）带电粒子在电场中做加速直线运动，根据动能定理有
粒子在辐向电场中做匀速圆周运动，根据电场力提供向心力可得
联立解得 ，
（2）若静电收集区域只存在与DB方向平行的匀强磁场，粒子进入静电收集区域后做匀速圆周运动，恰好是直径，则有
又因为
联立解得
（3）若该区域存在与AB方向平行的匀强电场和匀强磁场，粒子进入静电收集区域以后，运动分解为水平向右的匀加速直线运动和平行于平面的匀速圆周运动，则有
几何关系可知
解得
沿水平向右方向有
加速度
运动时间
其中
联立可得
9．（2025·海南海口·模拟预测）如图1所示，离子源C发射质量为m、电荷量为q的一束正离子，其初速度可忽略不计。离子经电场U加速后竖直向上进入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外、半径为R的圆形匀强磁场区域Ⅰ。水平射出后匀速通过叠加场区域Ⅱ，区域Ⅱ中磁场垂直纸面向里，磁感应强度大小为B，电场方向为竖直方向（未画出），离子最后打在与区域Ⅱ右端荧光屏上的O点。以O为原点，建立如图坐标系。不计离子重力和离子间作用力及阻力，求：
(1)加速电场电压U的大小；
(2)叠加场中电场强度的大小与方向：
(3)如图2所示，区域Ⅱ宽度为，撤去区域Ⅱ中电场，粒子从区域Ⅱ右侧射出后打在y轴上M点。在y轴正向铺设足够长的光滑绝缘板（厚度不计），离子打到板上后垂直板方向的碰后速度总是碰前该方向上速度的0.5倍，平行板方向上分速度不变，在板左边有边界垂直于y轴的有界磁场区域Ⅲ。磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向外，磁场水平方向足够长，下边界在M点，磁场宽度，d＝0.9R，求离子在磁场Ⅲ中与板碰撞的次数（M点除外）。
【答案】(1)
(2)，方向竖直向下
(3)3次
【详解】（1）在加速电场中，有
以速度v进入磁场I后刚好水平出射，由几何关系可知半径
即有
解得
（2）在叠加场区域II中，电场力与洛伦兹力等大反向，所以电场方向竖直向下，且
计算得
（3）在区域II内偏转时半径依然为R，从板间射出时速度方向与竖直方向夹角设为，根据几何关系有
解得，从区域II出射时速度方向与竖直方向成30°角。
此时速度沿光屏方向的分量为，垂直光屏的分量为
第一次碰撞后速度垂直面的速度变为
此时的合速度，角度与竖直方向夹角变为
在磁场中运动的半径为
第1次与第2次打在板上的落点之间距离为
代入数据可得
同理可得，第2次与第3次打在板上的落点直接距离为
第3次与第4次打在板上的落点之间距离为
第n次与第n+1次打在板上的落点之间距离为
时，n的最大整数为3，
则会碰撞3次。
10．（2025·安徽阜阳·二模）电子工业中，离子注入成为了微电子工艺中一种重要的掺杂技术，利用磁场、电场可以实现离子的分离和注入。某同学设想的一种离子分离与注入原理如图所示。空间直角坐标系O-xyz中，x轴正半轴上放置有足够长涂有荧光物质的细棒，有离子击中的点会发出荧光。在Oxy平面的上方分布有沿y轴正向的匀强磁场，磁感应强度为B。一发射带正电离子的离子源置于坐标原点O，只在Oxz平面内不断射出速率均为v的离子，速度方向分布在z轴两侧各为角的范围内，且沿各个方向的离子个数均匀分布，包含有电量相同，质量分别为m和0.5m的两种离子。发现x轴上出现两条亮线，可确认击中右侧亮线最右端到O点的距离为L。不计离子间的相互作用力和离子重力，整个装置置于真空中。（，）
(1)质量0.5m的离子在x轴上的亮线长度∆x1；
(2)若磁感应强度在（B-kB）~（B+kB）范围内波动（k小于0.5，波动周期远大于离子在磁场中的运动时间），要使x轴上的两条亮线某时刻恰好能连接成一条亮线，求k值；
(3)若某段时间内磁感应强度恒为B，θ角增为，离子源只发出质量为m的离子。在Oxy平面的上方再施加沿y轴正向的匀强电场，电场强度为E，在Oxy平面上某点（O点除外）垂直离子速度方向放置待注入离子的某种材料小圆板（忽略大小），可得到最大注入深度，若离子进入该材料过程中受到的阻力恒为其速度的k倍，求该最大深度d。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）离子在磁场中做匀速圆周运动，由
得
又
则有
有几何关系得
解得
（2）带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可得
可得，
因为
可得
x轴上的两条亮线某时刻恰好能连接成一条亮线，则有，
由几何关系知
联立解得
（3）带电粒子运动的周期
在磁场中运动时间最长
在电场中的角速度
沿电场方向有
则进入材料的速度
离子进入该材料过程中受到的阻力恒为其速度的k倍，在很小的时间内对某个离子由动量定理，可得
在全程中则有
联立解得
11．如图所示，在空间中存在沿着z轴正方向的匀强磁场或匀强电场，z轴经过O点垂直于坐标系xOy所在的平面，磁感应强度大小为B，电场强度大小为E。将一检测器Q垂直于z轴放置于该空间，检测器中心在z轴上，当粒子撞击检测器Q时，检测器被撞击的位置会发光。在检测器所在平面上建立另一坐标系，，，之间的距离。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴上的A点沿x轴正方向以初速度射入场中，运动过程粒子所受重力可以忽略不计。
(1)若空间内只存在匀强磁场，其轨迹圆的圆心在O点，求A点的位置，用坐标表示；
(2)若空间内只存在匀强电场，求检测器上发光点的位置，用坐标表示；
(3)若空间内同时存在上述的匀强磁场和匀强电场，求检测器上发光点的位置坐标及粒子打在检测器上时速度的大小。
【答案】(1)
(2)
(3)，
【详解】（1）粒子做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力，则有
解得
故A点的位置为
（2）粒子做类平抛运动，则有
解得
则横坐标为
纵坐标与点的纵坐标相同，故发光点的位置为
（3）粒子的运动均可以分解为沿轴方向初速度为零的匀加速直线运动和与平面平行的速度为的匀速圆周运动。结合上述有
可知，恰好完成一周的运动
所以，
故发光点的位置为
粒子的分速度，
则有
02 带电粒子在交变场中的运动
12．（2025·全国·模拟预测）（多选）某空间存在着一个变化的电磁场，电场方向向右（即图中由B到C的方向），电场大小变化如E-t图像，磁感应强度的变化如B-t图像，在A点从t=1s（即1s末）开始每隔2s有一相同带电粒子（重力不计）沿AB方向（垂直于BC）以速度v射出，恰都能击中C点，若AC=2BC，且粒子在A、C间运动的时间小于1s，则（ ）
A．磁场的方向垂直纸面向里
B．图像中E0和B0的比值为
C．图像中E0和B0的比值为
D．若第一个粒子击中C点的时刻已知为（1+t）s，那么第二个粒子击中C点的时刻是
【答案】BD
【详解】A．根据题意可知，粒子在电场中的偏转方向与电场方向相同，故粒子带正电，由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外，故A错误；
BC．在至间，第一个粒子从A到C做匀速圆周运动，以O为圆心，设，AC=2BC=2d，
由几何知识可得，粒子圆周运动的半径
粒子在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力，则有
解得
粒子在电场中运动时，粒子做类平抛运动，沿AC方向则有
沿BC方向则有
联立解得
则，故B正确，C错误；
D．根据上述分析可知，粒子在磁场中运动的时间
由题可知
第二个粒子在电场中运动时间
联立可知，第二个粒子击中C点的时刻为，故D正确。
故选BD。
13．（2025·江西新余·模拟预测）如图甲所示，在，的区域中，存在平行板电容器，板长，板间距也是，极板上加周期性电压如图乙所示，电容器右侧的周围分布着垂直纸面向外的恒定匀强磁场，磁感应强度，电容器左侧的周围分布着垂直纸面向里的恒定匀强磁场。一个质量为，电荷量为的带正电粒子在时刻从点沿轴方向以进入极板间（不计粒子重力），从上极板边缘飞出电容器，粒子恰好能再次经过点完成周期性运动。求：
(1)交流电的电压大小。
(2)磁场的磁感应强度的大小。
(3)交流电的周期。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）粒子在电容器中做类平抛运动，从上极板边缘飞出电容器，运动时间为，竖直位移为，其中加速度为，联立可得
（2）根据题意易得，带电粒子以速度大小为，方向与水平成角进入右侧磁场，粒子做匀速圆周运动，解得
则带电粒子将从下极板右侧边缘返回电容器，在方向做匀减速运动，到上极板的左侧边缘竖直速度恰好减为零，粒子以水平速度打入左侧磁场，做逆时针偏转，根据题意可知，根据，得
解得
（3）根据题意，带电粒子以速度大小为、方向与水平成角进入右侧磁场，粒子做匀速圆周运动的偏转周期
粒子在磁场中实际偏转时间
粒子在返回电容器中，运动时间相同即
同理粒子进入左侧磁场的周期为
粒子在磁场中实际偏转时间
故交流电的周期为
14．（2025·陕西宝鸡·三模）如图甲所示，在xOy平面内存在一个半径为R的圆形匀强磁场区域（含边界），磁感应强度随时间变化如图乙所示，取垂直纸面向外为正方向。在x0的圆形区域外面存在竖直向下的匀强电场，两处电场强度大小相等，t=0时刻，在（，0）的A点有一带电量为+q的粒子以初速度v进入圆形磁场，经过时间T到达（R，0）位置，然后进入匀强电场中，又经过时间T后刚好从（R，0）位置进入磁场中，不计粒子重力。求：
(1)圆形区域匀强磁场的磁感应强度大小；
(2)圆形区域外匀强电场的电场强度大小；
(3)粒子运动一个周期内通过轨迹的长度。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）由粒子在磁场中经过时间T到达（R，0）位置，粒子又经时间T能恰好回到（R，0）位置，说明粒子经（R，0）时速度方向沿y轴正方向，轨迹如图
可知粒子在磁场中的圆周运动的半径
由洛伦兹力提供向心力
解得磁感应强度
（2）粒子进入匀强电场中先匀减速，后反向匀加速，运动过程中加速度不变
由动量定理可知
解得电场强度
（3）粒子运动一个周期需要在磁场中完成4个半圆，在电场中完成两个匀减速和两个匀加速运动
设电场中匀加速或匀减速过程的位移为x1，由动能定理：
解得
半个圆周运动的路程
故一个周期运动的轨迹长度
1．（2025·湖南长沙·模拟预测）如图甲所示为带电粒子三维动量映射分析技术的原理图。系统整体设计采用圆柱对称型结构，对称轴为，亥姆霍兹线圈用以形成沿系统轴向的均匀磁场区，可以抑制带电粒子的横向发散，使得系统具有较大的粒子收集效率。位置敏感探测器用以接收带电粒子，记录带电粒子的飞行时间t和粒子撞击探测器的位置。粒子源和探测器中心均位于对称轴上，建立空间坐标系，z轴与对称轴重合，y轴竖直向上，探测器的平面坐标系从左向右看如图乙所示。已知粒子源发射质量为m，电荷量为q的带正电荷的粒子，粒子速度v方向与z轴的夹角为，探测器半径为R，轴向匀强磁场的磁感应强度为B，方向水平向右。不计粒子重力和粒子间相互作用。
(1)从左向右看，粒子运动方向是顺时针还是逆时针？
(2)若粒子刚好打在探测器的中心O，求粒子源到探测器距离需要满足的条件；
(3)若粒子发射时速度大小，速度方向位于zOy平面内，与z轴夹角，粒子打在探测器的位置坐标为，求带电粒子的飞行时间；
(4)若粒子源沿着与z轴夹角的各个方向连续发射粒子，粒子速度大小，粒子源到探测器的距离，求粒子打到探测器上的位置坐标所满足的方程。
【答案】(1)逆时针
(2)
(3)
(4)
【详解】（1）从左向右看，根据左手定则可知粒子运动方向是逆时针。
（2）带电粒子的轨迹为螺旋曲线，要使粒子刚好打在探测器的中心，则所有时间为周期的整数倍，则有
粒子源到探测器的距离为
解得
（3）设粒子做圆周运动的半径为，由洛伦兹力提供向心力可得
整理并代入数据解得
在探测器的位置坐标如图1所示
根据几何关系可知
则带电粒子的飞行时间为
代入周期公式有
（4）设粒子做圆周运动的半径为，则有
解得
设粒子飞行的时间为，则有
解得
在探测器的位置坐标如图2所示
由几何关系可知
因为粒子沿着与z轴夹角的各个方向连续发射，由粒子在探测器上位置如图2虚线，则位置坐标方程为
2．（2025·四川遂宁·模拟预测）如图所示是离子回旋加工芯片流程的示意图。离子源发出质量为m的正离子，沿水平中轴OO1经速度选择器后，进入可加电场或磁场且边长为L的正方形偏转区，偏转后进入加有水平向右的匀强磁场的共振腔，使腔内气体电离蚀刻芯片。已知速度选择器与偏转区的匀强电场均为，方向相反，匀强磁场均为，方向垂直纸面向外。仅加电场时离子出射偏转角α很小，且。不考虑电磁场突变影响，离子进入共振腔后不碰壁。角度θ很小时，有，，
(1)离子的电荷量；
(2)偏转区仅加磁场时，离子出射时偏离轴线OO1的距离；
(3)离子以（2）问中的速度进入共振腔，受与运动方向相反的阻力，k为已知常数。施加垂直O2O3轴线且匀速旋转的匀强电场E2使离子加速。稳定后离子在垂直O2O3轴线的某切面内以与电场相同角速度做匀速圆周运动，速度与电场的夹角（小于90°）保持不变。
①为保证离子不接触芯片，求芯片距离O2的最小距离；
②角速度为多大时，稳定后旋转电场对离子做功的瞬时功率最大。
【答案】(1)
(2)
(3)①；②
【详解】（1）离子沿水平中轴经过速度选择器，设离子电荷量为满足
偏转区仅加电场时，水平方向 竖直方向
且有
联立解得
（2）离子在磁场中偏转时，设偏转角为，磁场半径
偏转角等于圆心角，由几何关系
可得，离子出射时偏离轴线的距离
解得
（3）当离子进入共振腔后，将速度分解为两个方向，其中水平方向
其中
①水平方向在阻力下做减速运动，为保证离子不接触芯片，对离子进入到水平方向速度减小为0过程分析，由动量定理有
其中
得芯片距离的最小距离
②稳定后离子会以与旋转电场相同的恒定角速度在某一切面内做匀速圆周运动，设最终速度为。沿圆周的半径方向
沿圆周的切线方向
可得
旋转电场对离子做功的功率
当
即时，电场对离子做功的瞬时功率最大。
3．（2025·浙江金华·一模）如图（a）所示，在矩形区域内存在周期性变化的匀强电场，电场的变化规律如图（b）所示，电场方向由指向时为正方向。在上方存在方向垂直纸面向里的磁场区域Ⅰ，下方存在方向垂直纸面向外的磁场区域Ⅱ，磁感应强度大小均为且磁场区域足够大。在的中点处有一电子发射源，可以源源不断地发出质量为、电荷量为、速度方向与垂直、大小为的电子。上有一电子吸收板。已知，，，，，，且电子重力不计。
(1)若时刻发出的电子没有进入磁场，且恰好能经过的中点，求的大小；
(2)若所有从电子源发出的电子都不会从和边界进入磁场，请求出满足该情况的的取值范围；
(3)若，求时刻发出的电子最终打在吸收板上的位置；
(4)现保持电场强度不变，方向向上，从中点射出的电子恰好经过的中点，电子源从的中点匀速缓慢向靠近，计算这一过程中打在吸收板上的电子占射出总电子的百分比。
【答案】(1)
(2)
(3)
(4)
【详解】（1）电子到达吸收板时所需时间为
到时间内，类平抛运动满足
解得
（2）若不出电场，在水平方向向右做匀速直线运动，到达吸收板时所需的时间为
所有电子中时刻发出的电子在向上或向下的方向上有最大的位移，且
解得
（3）0时刻射出的粒子，经过后，方向位移满足
说明粒子恰好从的中点射出，射出瞬间方向速度满足
速度偏转角满足
可得
故合速度及入射角为
因此由几何关系可知，粒子在磁场中运动轨迹为四分之一圆周。
电子在磁场中做匀速圆周运动，有洛伦兹力提供向心力
又有时间满足
联立解得，
故有，
电子重新进入电场后在水平方向向右做匀速直线运动，有
所以电子在电场中运动时电场方向为正方向，且方向未发生变化。因此电子向上做匀加速直线运动，有
因此电子不会进入磁场区域Ⅰ，直接打在吸收板距点的距离为处。
（4）假设在电场中加速时间为的电子恰好打在点，在电场中运动的水平位移
进入磁场时竖直方向的速度
由第三问可得
进入磁场后
电子从进入磁场到到达点
又有
联立解得
射出的电子在电场中竖直方向运动的距离
上方电子射出，下方电子打到吸收板电子占射出总电子的百分比
4．（2025·河南·三模）如图甲所示，平面直角坐标系xOy的第一象限内存在垂直于xOy平面的磁场（图中未画出），规定垂直于xOy平面向外为磁感应强度正方向，该区域内磁感应强度随时间变化的规律如图乙所示；第二象限内（含x轴负半轴）存在沿y轴正方向的匀强电场。一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子由A点（−L，0）沿x轴正方向以大小为v0的速度射入电场，在t=0时刻，粒子经y轴上的P点与y轴正方向成θ=30°角射入第一象限，忽略粒子重力。求：
(1)电场强度的大小；
(2)在至时间内，粒子运动轨迹的半径；
(3)在时刻，粒子的位置坐标。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）粒子在第二象限做类平抛运动，设粒子由A至P历时t0，则
粒子在P点沿y轴正方向的分速度大小
沿y轴正方向上，由动量定理有
解得
（2）设粒子在P点的速度大小为v，则
设粒子在此阶段运动轨迹的半径为r2，由洛伦兹力提供向心力有
解得
（3）粒子运动轨迹如图所示，设粒子刚进入第一象限时运动轨迹的半径为r1，由洛伦兹力提供向心力有，
解得，
由轨迹的对称性可知四边形PQMN为矩形，设PN的长度为s，则
设P点的纵坐标为yP，则
则N点的纵坐标为
则N点的横坐标为
设时刻粒子位于K点，则K点的纵坐标
K点的横坐标
故在时刻，粒子的位置坐标为
5．（2025·山东·三模）如图甲所示，足够大的两平行板P、Q水平固定，间距为d，板间有可独立控制的周期性变化的电场和磁场。电场和磁场都取垂直纸面向里为正方向，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示，电场强度随时间的变化规律如图丙所示。t=0时刻，一质量为m、带电量为+q的带电粒子（不计重力），以初速度v0由Q板左端靠近板面的位置水平向右射入两板间。当B0、TB、TE取某些特定值时，可使粒子经一段时间垂直打在P板上（不考虑粒子反弹）。上述m、q、E0、v0、d为已知量。
(1)若只加磁场且磁感应强度，粒子垂直打在P板上，求粒子在板间运动的时间以及水平位移；
(2)若同时加电场和磁场，且磁感应强度，粒子垂直打在P板上，求粒子在板间运动的位移大小。
【答案】(1)，
(2)
【详解】（1）若只加磁场且磁感应强度，根据洛伦兹力提供向心力
解得
粒子在磁场中的轨迹如图
由图可知
解得
水平距离
圆周运动的周期
运动时间
（2）若同时加电场和磁场，且磁感应强度，根据洛伦兹力提供向心力
解得
粒子在磁场中的轨迹如图
圆周运动的周期
粒子在一个电场周期内，沿电场方向的速度变化为零，要使粒子垂直打到P板上，有
解得
粒子沿电场方向的位移大小
在磁场中的位移
粒子在板间运动的位移大小
6．（2025·甘肃平凉·模拟预测）平面直角坐标系如图甲所示，第一、四象限内存在垂直于平面的匀强磁场（未画出），规定垂直于纸面向外为磁场的正方向，磁场的磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示，为已知量；第二象限内存在沿轴负方向、电场强度大小为（未知）的匀强电场。一质量为、电荷量为的带正电的粒子，由点处以平行于平面、与轴正方向成的夹角、大小为的初速度射入电场区域，时刻粒子经轴上的点沿轴正方向射入磁场区域。不考虑磁场变化的影响，忽略粒子的重力。求：
(1)的值；
(2)从至时间内，粒子速度变化量的大小；
(3)粒子在时刻的位置坐标。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）粒子在电场中时，竖直方向，
水平方向
解得
（2）粒子进入右侧磁场的速度
后做匀速圆周运动，则从至时间内的周期
则从至时间内粒子转过90°角；同理从至时间内的周期
从至时经历了半个周期，粒子转过180°，则从至时间内，粒子速度变化量的大小
（3）粒子刚进入磁场时的纵坐标
根据可知粒子在B0中运动时的半径
在2B0中运动时的半径
则在磁场中运动时时间内的轨迹如图
粒子在时刻的位置坐标，
位置坐标为
7．（2025·福建三明·三模）如图甲，在纸面内建立直角坐标系xy，坐标系的第一、二象限有足够长的宽度为d、方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁场的上边界MN平行于x轴。P、Q是长度为L的平行金属板、垂直于纸面放置，两板中线与y轴共线，两板间加上周期为T、场强大小为的周期性变化的电场，如图乙所示。取x轴正方向为电场的正方向，位于P、Q两板中线上的粒子源沿y轴正方向持续发射质量为m、电荷量为q、速度大小为的带正电的粒子，粒子均能从x轴离开电场进入磁场。不计粒子的重力及粒子间的相互作用，忽略电场与磁场的边界效应。
(1)求时刻进入电场的粒子，在时刻沿x轴方向的偏移量；
(2)若粒子从O点进入磁场，求粒子需从哪些时刻进入电场？若粒子从O点进入磁场且恰好不穿出磁场的上边界MN，求磁感应强度的大小；
(3)磁场方向不变，将磁感应强度大小改为，粒子进入磁场后，若还受一个与速度方向总相反的阻力作用，且阻力大小为已知量，粒子轨迹恰与磁场MN边界相切，求最左边与最右边两相切点的横坐标。
【答案】(1)
(2)
(3)，
【详解】（1），粒子沿 x轴方向做初速度为零的匀加速度直线运动，由运动学知识可知沿x轴方向位移
由牛顿第二定律有
联立解得
（2）从时刻进入的粒子在电场中沿x轴方向的位移为零，粒子从O点进入磁场；
粒子穿过电场的时间为
粒子离开交变电场时沿电场方向速度变化为零，从 O点进入的粒子均以的速度垂直于x轴进入匀强磁场中做匀速圆周运动。
由几何关系，轨迹与上边界相切，则
粒子做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，即
联立解得
（3）粒子从时刻进入的粒子沿x轴的运动位移最大，由牛顿第二定律可知粒子在电场中的加速度为
沿x轴方向做匀加速直线运动，沿x轴方向的最大位移为
进入磁场后，轨迹恰与磁场MN边界相切处，y方向速度为0，对粒子在y方向由动量定理有
即
解得
由几何关系，从x轴上
进入磁场的粒子在MN边界上的横坐标为
从x轴上
进入磁场的粒子在MN边界上的横坐标为
8．（2025·江苏徐州·模拟预测）如图甲所示，真空中建立一个平面直角坐标系。紧靠轴左侧有一对水平放置的平行金属板，板间距离为，中轴线沿轴，板间所加交变电压随时间的变化图像如图乙所示，时刻上极板电势高。轴右侧存在竖直向上的匀强电场和垂直纸面向外的匀强磁场，在轴右侧一定距离处有一个荧光屏。现有大量质量为、电荷量为的粒子以初速度沿轴正方向持续不断地射入两板间，所有粒子均可以从板间射出并进入轴右侧范围足够大的复合场，两板间的粒子穿过两板的时间等于交变电压的周期。当，电场强度与磁感应强度的大小关系为，为已知量，不计粒子重力及粒子间的相互作用力。求：
(1)时刻进入两板间的粒子从板间射出时沿轴方向速度的大小；
(2)若能让粒子垂直打到荧光屏上，荧光屏距离轴的最小距离；
(3)若荧光屏处在第（2）问的位置，粒子打到荧光屏上轴的坐标范围。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）粒子在平行板中运动过程，由动量定理得
代入已知量解得
（2）方法一：由第（1）问可知，粒子从平行板间射出时速度相同，粒子在轴右侧区域运动过程中：由牛顿第二定律得
设粒子在复合场中运动周期为，则
沿方向由动量定理得
全程累积得
联立解得
方法二：粒子从平行板间射出时同时参与了沿轴正向的初速度为的匀速直线运动，和顺时针旋转的速度为的匀速圆周运动，四分之一周期后速度第一次垂直于屏，四分之一周期内匀速运动位移
四分之一周期内圆周运动水平位移
最小距离
（3）时刻进入的粒子，在平行板中方向的位移为
时刻进入的粒子：运动时的速度为为
粒子在复合场中运动过程中
所有粒子均向上平移，故
则荧光屏上坐标范围为
粒子打到荧光屏上轴的坐标范围
9．（2025·江西南昌·三模）通过电磁场控制带电粒子的运动是现代化的重要技术。如图1所示，两块平行正对金属板水平放置，两侧分布着以虚线为边界垂直纸面向里和向外的匀强磁场，磁感应强度大小均为，左侧靠近下方金属板边缘有一个粒子输送管道，管道不仅可以屏蔽管外磁场的影响，而且可以对带电粒子起到匀加速作用。已知上、下两金属板间加上如图2所示矩形交变电压，电压大小为，周期为，一带电粒子在时从管道左侧无初速度释放，经管道加速后，在时刻离开管道进入金属板之间区域，在时刻离开金属板之间区域，又在时刻从下金属板右侧边缘水平向左进入金属板之间区域，粒子运动的部分轨迹如图1中虚线所示。已知金属板长度是板间距离的倍，忽略粒子所受的重力、管道直径大小和场的边缘效应和交变效应。
(1)判断带电粒子的电性，并求其比荷；
(2)求管道的长度和金属板的长度；
(3)若在右边磁场中增加竖直方向的匀强电场，使得带电粒子不从右侧磁场的左边界飞出，则：
①请判定此匀强电场的方向；
②小明计算了满足此要求的电场强度大小的取值范围为，请论证这一结果是错误的。
【答案】(1)正电，
(2)；
(3)①电场场强方向应该向上；②见解析
【详解】（1）在右侧磁场中，根据左手定则，可以判断粒子带正电。依题可知，粒子在磁场中运动的周期
又有
可计算
（2）粒子在金属板之间区域运动，分析其运动，可知是对称的匀变速曲线运动，进入或离开该区域的速度大小相同，设为，则有
又有
且
又有
结合给定条件
可计算
又有
可知
（3）①增加竖直方向的匀强电场后，粒子将做曲线运动，此曲线运动可分解为水平方向的匀速直线运动和竖直面内的匀速圆周运动。只有水平方向的匀速直线运动向右，粒子才不会返回两金属板之间区域，根据配速法可知，电场力方向向上，故电场场强方向应该向上。
②根据前述计算可知
即小明的计算结果等价于令
则根据
即匀速直线运动分速度为
则匀速圆周运动的分速率为
即进入复合电磁场后，任何时刻粒子的垂直电磁场左边界的分速度，即粒子不会向左边界“回旋”，可见电场强度最小值还可以更小一些。
10．（2025·河北·二模）如图甲所示，平行板电容器两极板P、Q间的距离为d，Q板中央有一小孔，M点是P板上与Q板小孔正对的位置，板间加上如图乙所示的交变电压，电压的峰值不变，但周期T可调，Q板右侧虚线CD与Q板间的夹角，CD右侧空间有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，时刻，从M点附近由静止释放一质量为m、电荷量为的粒子，粒子的重力忽略不计。
(1)调整周期T，要使粒子从小孔射出时的速度最大，求T应满足的条件；
(2)若，求粒子穿过电场所需的时间；
(3)求（1）问中满足条件的粒子和（2）问中的粒子经过磁场偏转后射出磁场的位置间的距离。
【答案】(1)
(2)
(3)
【详解】（1）由题可知，两极板间的场强
带电粒子在电场中运动的加速度大小
要使粒子从小孔射出时的速度最大，粒子必须一直加速，即在前离开小孔，故有
解得
（2）粒子在第一个时间内一直加速，运动的位移x
解得
根据对称性可知第二个和第三个内粒子运动的位移均为d，即第三个末粒子出电场，故粒子穿过电场所需的时间
（3）设（1）问中的粒子出电场时的速度大小为，有
解得
设（1）问中的粒子在磁场中做圆周运动的半径为，有
解得
设（2）问中的粒子出电场时的速度大小为，有
解得
设（2）问中的粒子在磁场中做圆周运动的半径为，有
解得
由几何关系可知两粒子离开磁场的位置之间的距离
解得
1．（2024·北京·高考真题）我国“天宫”空间站采用霍尔推进器控制姿态和修正轨道。图为某种霍尔推进器的放电室（两个半径接近的同轴圆筒间的区域）的示意图。放电室的左、右两端分别为阳极和阴极，间距为d。阴极发射电子，一部分电子进入放电室，另一部分未进入。稳定运行时，可视为放电室内有方向沿轴向向右的匀强电场和匀强磁场，电场强度和磁感应强度大小分别为E和；还有方向沿半径向外的径向磁场，大小处处相等。放电室内的大量电子可视为处于阳极附近，在垂直于轴线的平面绕轴线做半径为R的匀速圆周运动（如截面图所示），可与左端注入的氙原子碰撞并使其电离。每个氙离子的质量为M、电荷量为，初速度近似为零。氙离子经过电场加速，最终从放电室右端喷出，与阴极发射的未进入放电室的电子刚好完全中和。
已知电子的质量为m、电荷量为；对于氙离子，仅考虑电场的作用。
（1）求氙离子在放电室内运动的加速度大小a；
（2）求径向磁场的磁感应强度大小；
（3）设被电离的氙原子数和进入放电室的电子数之比为常数k，单位时间内阴极发射的电子总数为n，求此霍尔推进器获得的推力大小F。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）对于氙离子，仅考虑电场的作用，则氙离子在放电室时只受电场力作用，由牛顿第二定律
解得氙离子在放电室内运动的加速度大小
（2）电子在阳极附近在垂直于轴线的平面绕轴线做半径做匀速圆周运动，则轴线方向上所受电场力与径向磁场给的洛仑兹力平衡，沿着轴线方向的匀强磁场给的洛仑兹力提供向心力，即，
解得径向磁场的磁感应强度大小为
（3）单位时间内阴极发射的电子总数为n，被电离的氙原子数和进入放电室的电子数之比为常数k，设单位时间内进入放电室的电子数为，则未进入的电子数为，设单位时间内被电离的氙离子数为,则有
已知氙离子数从放电室右端喷出后与未进入放电室的电子刚好完全中和，则有
联立可得单位时间内被电离的氙离子数为
氙离子经电场加速，有
时间内氙离子所受到的作用力为，由动量定理有
解得
由牛顿第三定律可知，霍尔推进器获得的推力大小
则
2．（2024·湖南·高考真题）如图，有一内半径为2r、长为L的圆筒，左右端面圆心O′、O处各开有一小孔。以O为坐标原点，取O′O方向为x轴正方向建立xyz坐标系。在筒内x ≤ 0区域有一匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向沿x轴正方向；筒外x ≥ 0区域有一匀强电场，场强大小为E，方向沿y轴正方向。一电子枪在O′处向圆筒内多个方向发射电子，电子初速度方向均在xOy平面内，且在x轴正方向的分速度大小均为v0。已知电子的质量为m、电量为e，设电子始终未与筒壁碰撞，不计电子之间的相互作用及电子的重力。
（1）若所有电子均能经过O进入电场，求磁感应强度B的最小值；
（2）取（1）问中最小的磁感应强度B，若进入磁场中电子的速度方向与x轴正方向最大夹角为θ，求tanθ的绝对值；
（3）取（1）问中最小的磁感应强度B，求电子在电场中运动时y轴正方向的最大位移。
【答案】（1）；（2）；（3）
【详解】（1）电子在匀强磁场中运动时，将其分解为沿x轴的匀速直线运动和在yOz平面内的匀速圆周运动，设电子入射时沿y轴的分速度大小为，由电子在x轴方向做匀速直线运动得
在yOz平面内，设电子做匀速圆周运动的半径为R，周期为T，由牛顿第二定律知
可得
且
由题意可知所有电子均能经过O进入电场，则有
联立得
当时，B有最小值，可得
（2）将电子的速度分解，如图所示
有
当有最大值时，最大，R最大，此时，又，
联立可得，
（3）当最大时，电子在电场中运动时沿y轴正方向有最大位移，根据匀变速直线运动规律有
由牛顿第二定律知
又
联立得
3．（2024·广东·高考真题）如图甲所示。两块平行正对的金属板水平放置，板间加上如图乙所示幅值为、周期为的交变电压。金属板左侧存在一水平向右的恒定匀强电场，右侧分布着垂直纸面向外的匀强磁场。磁感应强度大小为B．一带电粒子在时刻从左侧电场某处由静止释放，在时刻从下板左端边缘位置水平向右进入金属板间的电场内，在时刻第一次离开金属板间的电场、水平向右进入磁场，并在时刻从下板右端边缘位置再次水平进入金属板间的电场。已知金属板的板长是板间距离的倍，粒子质量为m。忽略粒子所受的重力和场的边缘效应。
（1）判断带电粒子的电性并求其所带的电荷量q；
（2）求金属板的板间距离D和带电粒子在时刻的速度大小v；
（3）求从时刻开始到带电粒子最终碰到上金属板的过程中，电场力对粒子做的功W。
【答案】（1）正电；；（2）；；（3）
【详解】（1）根据带电粒子在右侧磁场中的运动轨迹结合左手定则可知，粒子带正电；粒子在磁场中运动的周期为
根据洛伦兹力提供向心力得
则粒子所带的电荷量
（2）若金属板的板间距离为D，则板长粒子在板间运动时
出电场时竖直速度为零，则竖直方向
在磁场中时
其中的
联立解得，
（3）带电粒子在电场和磁场中的运动轨迹如图，由（2）的计算可知金属板的板间距离
则粒子在3t0时刻再次进入中间的偏转电场，在4 t0时刻进入左侧的电场做减速运动速度为零后反向加速，在6 t0时刻再次进入中间的偏转电场，6.5 t0时刻碰到上极板，因粒子在偏转电场中运动时，在时间t0内电场力做功为零，在左侧电场中运动时，往返一次电场力做功也为零，可知整个过程中只有开始进入左侧电场时电场力做功和最后0.5t0时间内电场力做功，则
磁感应强度
M、N间电势差
模式1
0
0
模式2
B
-U
模式3
-B
U