ID: 00016993
Устройство для предварительного отбора заряженных частиц представляет собой конденсатор, пластины (обкладки) которого изогнуты дугой радиусом $R$ (расстояние между обкладками $d$ постоянно и много меньше $R$). Влетающие частицы движутся вдоль дуги между обкладками; электрическое поле конденсатора искривляет их траекторию ровно по этой дуге радиуса $R$. Перед попаданием в это пространство каждая молекула теряет один электрон (то есть превращается в однозарядный ион с зарядом $q=+e$).
Во сколько раз надо увеличить напряжение $U$ на обкладках конденсатора, чтобы сквозь него по той же дуге радиусом $R$ пролетали ионы с вдвое большей кинетической энергией? Сорт ионов и геометрия устройства не меняются. Влиянием силы тяжести пренебречь.

Источник: ФИПИ
Конденсатор с обкладками, изогнутыми дугой радиусом $R$; зазор $d=\text{const}$; заряд иона $q=+e=\text{const}$; масса иона $m=\text{const}$; кинетическая энергия увеличивается вдвое: $E_{k2}=2E_{k1}$.
$\dfrac{U_2}{U_1}$ — во сколько раз увеличить напряжение.
Представь машину, которая проходит крутой поворот: чтобы её не вынесло наружу, нужна сила, тянущая к центру поворота (центростремительная). Тяжёлый и быстрый автомобиль требует более «цепкой» дороги. Здесь роль такой удерживающей силы играет электрическое поле между изогнутыми обкладками: оно загибает ион ровно по дуге радиуса $R$.
Между близкими обкладками поле почти однородное: $E=\dfrac{U}{d}$. На ион действует сила $F=qE=\dfrac{qU}{d}$, и именно она работает как центростремительная:
$$\frac{qU}{d}=\frac{mv^2}{R}.$$
Удобно выразить через кинетическую энергию $E_k=\dfrac{mv^2}{2}$, тогда $mv^2=2E_k$:
$$\frac{qU}{d}=\frac{2E_k}{R}\quad\Rightarrow\quad U=\frac{2E_k\,d}{qR}.$$
Видно, что при неизменных $d$, $q$ и $R$ напряжение прямо пропорционально кинетической энергии: $U\propto E_k$. Возьмём отношение для двух случаев:
$$\frac{U_2}{U_1}=\frac{E_{k2}}{E_{k1}}=\frac{2E_{k1}}{E_{k1}}=2.$$
Значит, чтобы по той же дуге проходили ионы с вдвое большей энергией, напряжение на обкладках надо увеличить в $2$ раза. Логично: более энергичный (быстрый) ион «рвётся» по прямой сильнее, и удерживать его на том же повороте нужно вдвое более сильным полем.
В $2$ раза (напряжение нужно увеличить вдвое).