高考物理带电粒子在复合场中的运动解题技巧讲解及练习题

一、带电粒子在复合场中的运动专项训练
1．两块足够大的平行金属极板水平放置，极板间加有空间分布均匀、大小随时间周期性变化的电场和磁场，变化规律分别如图1、图2所示（规定垂直纸面向里为磁感应强度的正方向）。

在t=0时刻由负极板释放一个初速度为零的带负电的粒子（不计重力），若电场
强度E0、磁感应强度B0
、粒子的比荷q
m
均已知，且
2m
t
qB
π
=，两板间距
2
2
10mE
h
qB
π
=。

（1）求粒子在0～t0时间内的位移大小与极板间距h的比值。

（2）求粒子在板板间做圆周运动的最大半径（用h表示）。

（3）若板间电场强度E随时间的变化仍如图1所示，磁场的变化改为如图3所示，试画出粒子在板间运动的轨迹图（不必写计算过程）。

【来源】带电粒子的偏转
【答案】（1）粒子在0～t0时间内的位移大小与极板间距h的比值1
1
5
s
h
=
（2）粒子在极板间做圆周运动的最大半径
2
2
5
h
R
π
=
（3）粒子在板间运动的轨迹如图：
【解析】
【分析】
【详解】
（1）设粒子在0～t0时间内运动的位移大小为s1
2
1012s at =
① 0qE
a m
=
②
又已知2002
00
102,mE m t h qB qB ππ== 联立解得：
115
s h = （2）解法一
粒子在t 0~2t 0时间内只受洛伦兹力作用，且速度与磁场方向垂直，所以粒子做匀速圆周运动。

设运动速度大小为v 1，轨道半径为R 1，周期为T ，则
10v at =
2
1101
mv qv B R =
联立解得：15h R π
= 又00
2m
T t qB π=
= 即粒子在t 0~2t 0时间内恰好完成一个周期的圆周运动。

在2t 0~3t 0时间内，粒子做初速度为v 1的匀加速直线运动，设位移大小为s 2
2
210012
s v t at =+
解得：235
s h =
由于s 1+s 2＜h ，所以粒子在3t 0~4t 0时间内继续做匀速圆周运动，设速度大小为v 2，半径为R 2，有：
210v v at =+
22
202
mv qv B R =
解得225h R π
=
由于s 1+s 2+R 2＜h ，粒子恰好又完成一个周期的圆周运动。

在4t 0~5t 0时间内，粒子运动到正极板（如图所示）：
因此粒子运动的最大半径
22 5 h
R
π
=。

解法二
由题意可知，电磁场的周期为2t0，前半周期粒子受电场作用做匀加速直线运动，加速度大小为：
qE
a
m
=
方向向上。

后半周期粒子受磁场作用做匀速圆周运动，周期为T
2m
T t
qB
π
==
粒子恰好完成一次匀速圆周运动。

至第n个周期末，粒子位移大小为s n
2
1
()
2
n
s a nt
=
又已知
2
2
10mE
h
qB
π
=
由以上各式得：
2
5
n
n
s h
=
粒子速度大小为：0
n
v ant
=
粒子做圆周运动的半径为：
n
n
mv
R
qB
=
解得：
5
n
nh
R
π
=
显然223
s R h s
+<<
因此粒子运动的最大半径
2
2
5
h
R
π
=。

（3）粒子在板间运动的轨迹如图所示：
2．在平面直角坐标系xOy中，第Ⅰ象限存在沿y轴负方向的匀强电场，第Ⅳ象限存在垂直于坐标平面向外的匀强磁场，磁感应强度为B．一质量为m、电荷量为q的带正电的粒子从y轴正半轴上的M点以速度v0垂直于y轴射入电场，经x轴上的N点与x轴正方向成θ＝60°角射入磁场，最后从y轴负半轴上的P点垂直于y轴射出磁场，如图所示．不计粒子
重力，求
（1）M、N两点间的电势差U MN ；
（2）粒子在磁场中运动的轨道半径r；
（3）粒子从M点运动到P点的总时间t．
【来源】带电粒子在电场、磁场中的运动
【答案】1）U MN＝（2）r＝（3）t＝
【解析】
【分析】
【详解】
(1)设粒子过N点时的速度为v，有：
解得：
粒子从M点运动到N点的过程，有：
解得：
(2)粒子在磁场中以O′为圆心做匀速圆周运动，半径为r，有：
解得：
(3)由几何关系得：
设粒子在电场中运动的时间为t1，有：
粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期：
设粒子在磁场中运动的时间为t2，有：
3．如图所示，以两虚线为边界，中间存在平行纸面且与边界垂直的水平电场，宽度为d，两侧为相同的匀强磁场，方向垂直纸面向里．一质量为m、带电量q
+、重力不计的带电粒子，以初速度1v垂直边界射入磁场做匀速圆周运动，后进入电场做匀加速运动，然后第二次进入磁场中运动，此后粒子在电场和磁场中交替运动．已知粒子第二次在磁场中运动的半径是第一次的二倍，第三次是第一次的三倍，以此类推．求：
（1）粒子第一次经过电场的过程中电场力所做的功
1
W
（2）粒子第n次经过电场时电场强度的大小
n
E
（3）粒子第n次经过电场所用的时间
n
t
（4）假设粒子在磁场中运动时，电场区域场强为零．请画出从粒子第一次射入磁场至第三次离开电场的过程中，电场强度随时间变化的关系图线（不要求写出推导过程，不要求标明坐标刻度值）．
【来源】河北省衡水中学滁州分校2018届高三上学期全真模拟物理试题
【答案】（1）
2
1
1
3
2
mv
W=（2）
2
1
(21)
2
n
n mv
E
qd
+
=（3）
1
2
(21)
n
d
t
n v
=
+（4）如图；
【解析】
（1）根据
mv
r
qB
=，因为
21
2
r r
=，所以
21
2
v v
=，所以22
121
11
22
W mv mv
=-,
（2）=，，所以
．
（3），，所以．
(4)
4．如图，空间存在匀强电场和匀强磁场，电场方向为y轴正方向，磁场方向垂直于xy平面（纸面）向外，电场和磁场都可以随意加上或撤除，重新加上的电场或磁场与撤除前的一样．一带正电荷的粒子从P(x＝0，y＝h)点以一定的速度平行于x轴正向入射．这时若只有磁场，粒子将做半径为R0的圆周运动；若同时存在电场和磁场，粒子恰好做直线运动．现在，只加电场，当粒子从P点运动到x＝R0平面（图中虚线所示）时，立即撤除电场同时加上磁场，粒子继续运动，其轨迹与x轴交于M点．不计重力．求：
（1）粒子到达x＝R0平面时速度方向与x轴的夹角以及粒子到x轴的距离；
（2）M点的横坐标x M．
【来源】磁场 【答案】（1）20122R H h at h =+=+；（2）2
2000724
M x R R R h h =++- 【解析】 【详解】
（1）做直线运动有，根据平衡条件有：
0qE qB =v ①
做圆周运动有：
2
00
qB m R =v v ②
只有电场时，粒子做类平抛，有：
qE ma =③
00R t =v ④ y v at =⑤
解得：0y v v =⑥ 粒子速度大小为：
22
002y v v v v =+=⑦
速度方向与x 轴夹角为：π4
θ=⑧ 粒子与x 轴的距离为：
201
22
R H h at h =+=+⑨
（2）撤电场加上磁场后，有：
2
v qBv m R
=⑩
解得：02R R =⑾. 粒子运动轨迹如图所示
圆心C 位于与速度v 方向垂直的直线上，该直线与x 轴和y 轴的夹角均为4
π
，有几何关系得C 点坐标为：
02C x R =⑿
02
C R y H R h =-=-
⒀ 过C 作x 轴的垂线，在ΔCDM 中：
02CM R R ==⒁
2
C R C
D y h ==-
⒂） 解得：2
2
2
20074
DM CM CD R R h h =-=
+-⒃ M 点横坐标为：2
2000724
M x R R R h h =+
+-⒄
5．利用电场和磁场，可以将比荷不同的离子分开，这种方法在化学分析和原子核技术等领域有重要的应用．如图所示的矩形区域ACDG(AC 边足够长)中存在垂直于纸面的匀强磁场，A 处有一狭缝．离子源产生的离子，经静电场加速后穿过狭缝沿垂直于GA 边且垂直于磁场的方向射入磁场，运动到GA 边，被相应的收集器收集．整个装置内部为真空．已知被加速的两种正离子的质量分别是m 1和m 2(m 1>m 2)，电荷量均为q ．加速电场的电势差为U ，离子进入电场时的初速度可以忽略．不计重力，也不考虑离子间的相互作用．
(1)求质量为m 1的离子进入磁场时的速率v 1；
(2)当磁感应强度的大小为B 时，求两种离子在GA 边落点的间距s ；
(3)在前面的讨论中忽略了狭缝宽度的影响，实际装置中狭缝具有一定宽度．若狭缝过宽，可能使两束离子在GA 边上的落点区域交叠，导致两种离子无法完全分离．设磁感应强度大小可调，GA 边长为定值L ，狭缝宽度为d ，狭缝右边缘在A 处．离子可以从狭缝各处射入磁场，入射方向仍垂直于GA 边且垂直于磁场．为保证上述两种离子能落在GA 边上并被完全分离，求狭缝的最大宽度．
【来源】2011年普通高等学校招生全国统一考试物理卷（北京) 【答案】（1
）12qU m （2
）(
)
122
8U
m m qB - （3）d m ＝
1212
2m m m m --L
【解析】
（1）动能定理 Uq ＝
1
2
m 1v 12 得：v 1＝
1
2qU
m …① （2）由牛顿第二定律和轨道半径有：
qvB ＝2
mv R
，R ＝ mv qB 利用①式得离子在磁场中的轨道半径为别为（如图一所示）：
R 1＝1
2
2
mU qB
，R 2＝222 m U qB …② 两种离子在GA 上落点的间距s ＝2(R 1−R 2)＝1228
()U
m m qB
- …③ （3）质量为m 1的离子，在GA 边上的落点都在其入射点左侧2R 1处，由于狭缝的宽度为d ，因此落点区域的宽度也是d （如图二中的粗线所示）．同理，质量为m 2的离子在GA 边上落点区域的宽度也是d （如图二中的细线所示）．
为保证两种离子能完全分离，两个区域应无交叠，条件为2（R 1-R 2）＞d…④
利用②式，代入④式得：2R 1(1−2
1
m m )＞d R 1的最大值满足：2R 1m =L-d 得：(L −d )(1−2
1
m m )＞d 求得最大值：d m ＝
1212
2m m m m --L
6．如图1所示，宽度为d 的竖直狭长区域内（边界为12L L 、），存在垂直纸面向里的匀强磁场和竖直方向上的周期性变化的电场（如图2所示），电场强度的大小为0E ，0E ＞表示电场方向竖直向上。

0t =时，一带正电、质量为m 的微粒从左边界上的1N 点以水平速度v 射入该区域，沿直线运动到Q 点后，做一次完整的圆周运动，再沿直线运动到右边界上的2N 点，Q 为线段12N N 的中点，重力加速度为g ，上述d 、0E 、m 、v 、g 为已知量。

(1)求微粒所带电荷量q 和磁感应强度B 的大小； (2)求电场变化的周期T ；
(3)改变宽度d ，使微粒仍能按上述运动过程通过相应宽度的区域，求T 的最小值。

【来源】2010年普通高等学校招生全国统一考试（安徽卷)理综
【答案】(1)0
2E B v
=；(2)122d v T t t v g π=+=+；(3)min 1min 2
(21)2v T t t g π+=+。

【解析】 【分析】
根据物体的运动性质结合物理情景确定物体的受力情况。

再根据受力分析列出相应等式解决问题。

【详解】
(1)根据题意，微粒做圆周运动，洛伦兹力完全提供向心力，重力与电场力平衡， 则mg=qE 0 ①
∵微粒水平向右做直线运动，∴竖直方向合力为0.
则 mg+qE0=qvB ②
联立①②得：q=③B=④
(2)设微粒从N1运动到Q的时间为t1，作圆周运动的周期为t2，
则=vt1⑤qvB=m⑥2πR=vt2 ⑦
联立③④⑤⑥⑦得：t1=，t2=⑧
电场变化的周期T=t1+t2=+⑨
(3)若微粒能完成题述的运动过程，要求d≥2R ⑩
联立③④⑥得：R=，设N1Q段直线运动的最短时间t1min，由⑤⑩得t1min=，
因t2不变，T的最小值 T min=t1min+t2=。

答：(1)微粒所带电荷量q为，磁感应强度B的大小为。

(2)电场变化的周期T为+。

(3)T的最小值为。

【点睛】
运动与力是紧密联系的，通过运动情况研究物体受力情况是解决问题的一个重要思路。

7．如图为一种质谱仪工作原理示意图.在以O为圆心，OH为对称轴，夹角为2α的扇形区域内分布着方向垂直于纸面的匀强磁场.对称于OH轴的C和D分别是离子发射点和收集点.CM垂直磁场左边界于M，且OM=d.现有一正离子束以小发散角（纸面内）从C射出，
这些离子在CM方向上的分速度均为v0.若该离子束中比荷为q
m
的离子都能汇聚到D，试
求：
（1）磁感应强度的大小和方向（提示：可考虑沿CM方向运动的离子为研究对象）；（2）离子沿与CM成θ角的直线CN进入磁场，其轨道半径和在磁场中的运动时间；（3）线段CM的长度.
【来源】电粒子在磁场中的运动 【答案】（1）0mv
B qd =
，磁场方向垂直纸面向外；（2）cos d
R θ
'=，()02t d v θα+=
；（3）cos CM d t α=。

【解析】 【分析】 【详解】
（1）设沿CM 方向运动的离子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R
由
2
0v qv B m R =
R=d
得0
mv B qd
=
，磁场方向垂直纸面向外 （2）设沿CN 运动的离子速度大小为v ，在磁场中的轨道半径为R ′，运动时间为t ，由
v cos θ=v 0
得v ＝0
cos v θ
由
2
v qvB m R ='
解得：R′=
cos d
θ
方法一：设弧长为s ，则运动的时间：
t =
s v
又
s=2(θ+α)×R′
解得t =
()
2d v θα+ 方法二：离子在磁场中做匀速圆周运动的周期T ＝2m
qB
π，则有：
()0
2t T d v θαθαπ++=⨯
= （3）方法一：由几何关系得：
CM =MN cot θ
则有：
()sin sin MN d R αβα
'
+=+
解得：cos d
R θ
'=
， 以上3式联立求解得
CM =d cot α
方法二：
设圆心为A ，过A 做AB 垂直NO ，如图所示
由几何关系得：
cos cos d
NM MB R MB MB d MB θθ
-='-=
-=- 而BO d MB =- 因此NM =BO 因
NM =CM tan θ
又
cot sin cot
sin cot cos d
BO AB R αθαθαθ
=='=
解得：CM =d cot α
8．如图所示，在 xOy 坐标平面的第一象限内有一沿 y 轴负方向的匀强电场，在第四象限内有一垂直于平面向里的匀强磁场，现有一质量为m 、电量为+q 的粒子（重力不计）从坐标原点 O 射入磁场，其入射方向与x 的正方向成 45°角．当粒子运动到电场中坐标为（3L ，L ）的 P 点处时速度大小为 v 0，方向与 x 轴正方向相同．求： （1）粒子从 O 点射入磁场时的速度 v ；
（2）匀强电场的场强 E 0 和匀强磁场的磁感应强度 B 0． （3）粒子从 O 点运动到 P 点所用的时间．
【来源】海南省海口市海南中学2018-2019学年高三第十次月考物理试题 【答案】（102v ；（2）0
2mv Lq
；（3）0(8)4L v π+
【解析】 【详解】
解：(1)若粒子第一次在电场中到达最高点P ，则其运动轨迹如图所示，粒子在 O 点时的速度大小为v ，OQ 段为圆周，QP 段为抛物线，根据对称性可知，粒子在Q 点时的速度大小也为v ，方向与x 轴正方向成45︒角，可得：045v vcos =︒ 解得：02v v =
(2)在粒子从Q 运动到P 的过程中，由动能定理得：2201122
qEL mv mv -=
- 解得：20
2mv E qL
=
又在匀强电场由Q 到P 的过程中，水平方向的位移为：01x v t = 竖直方向的位移为：0
12
v y t L =
= 可得：2QP x L =，OQ L =
由2cos 45OQ R =︒，故粒子在OQ 段圆周运动的半径：22
R L
= 及mv R qB = 解得：02mv
B qL
=
(3)在Q 点时，0045y v v tan v =︒=
设粒子从由Q 到P 所用时间为1t ，在竖直方向上有：
10022
L L t v v =
=
粒子从O 点运动到Q 所用的时间为：20
4L
t v π=
则粒子从O 点运动到P 点所用的时间为：t 总12000
2(8)44L L L t t v v v ππ+=+=
+=
9．如图所示，真空中某竖直平面内有一长为2l 、宽为l 的矩形区域ABCD ，区域ABCD 内加有水平向左的匀强电场和垂直于该竖直面的匀强磁场。

一质量为m 、电荷量为+q 的带电微粒，从A 点正上方的O 点水平抛出，正好从AD 边的中点P 进入电磁场区域，并沿直线运动，从该区域边界上的某点Q 离开后经过空中的R 点(Q 、R 图中未画出)。

已知微粒从Q 点运动到R 点的过程中水平和竖直分位移大小相等，O 点与A 点的高度差3
8
h l = ，重力加速度为g ，求：
(1)微粒从O 点抛出时初速度v 0的大小； (2)电场强度E 和磁感应强度B 的大小；
(3)微粒从O 点运动到R 点的时间t 。

【来源】四川省攀枝花市2019届高三第三次统一考试理综物理试题 【答案】(1)0233v gl = ；(2)
3mg E 4q =，32m g B q l
=；(3) 433l t g = 【解析】 【详解】
（1）从O 到P ，带电微粒做平抛运动：
2
01h gt 2
=
00l=v t
所以02
v 3gl 3
=
（2）在P 点：y 01
v =gt 3gl 2
=
2
2p 0y 5
v =v v 3gl 6
+=
设P 点速度与竖直方向的夹角为θ，则
0y v 4tan θv 3
=
= 带电微粒进入电磁区域后做直线运动，受力如图，可知其所受合力为零，可知：
mg mg
tan θF Eq
=
= p mg mg sin θf qv B
== 3mg E 4q
=
m 3g
B 2q l
=
（3）设微粒从P 到Q 所用时间为t 1，
10PD 13l
t
v 2g
=
=
设微粒从Q 到R 所用时间为t 2，因水平和竖直分位移相等，得：
202x v t =
22y 221
y v t gt 2
=+
由题意得： 22x y =
微粒从0点运动到R 点的时间t 为：
012t t t t =++
所以：43l
t 3g
=
10．如图所示，在空间坐标系x <0区域中有竖直向上的匀强电场E 1，在一、四象限的正方形区域CDEF 内有方向如图所示的正交的匀强电场E 2和匀强磁场B ，已知CD =2L ，OC =L ，E 2 =4E 1。

在负x 轴上有一质量为m 、电量为+q 的金属a 球以速度v 0沿x 轴向右匀速运动，并与静止在坐标原点O 处用绝缘细支柱支撑的（支柱与b 球不粘连、无摩擦）质量为2m 、不带电金属b 球发生弹性碰撞。

已知a 、b 球体积大小、材料相同且都可视为点电荷，碰后电荷总量均分，重力加速度为g ，不计a 、b 球间的静电力，不计a 、b 球产生的场对电场、磁场的影响，求：
(1)碰撞后，a 、b 球的速度大小； (2)a 、b 碰后，经0
23v t g
=
时a 球到某位置P 点，求P 点的位置坐标； (3)a 、b 碰后，要使 b 球不从CD 边界射出，求磁感应强度B 的取值。

【来源】【全国百强校】黑龙江省哈尔滨市第三中学校2019届高三上学期期末考试理科综
合物理试题
【答案】(1) 01
3a v v =-，023
=b v v ；(2)（2029g v - ，2
09g v - ）； (3) 016m 015v B qL <<或
16m 3v B qL
>
【解析】 【分析】
(1)a 、b 碰撞，由动量守恒和能量守恒关系求解碰后a 、b 的速度；
(2)碰后a 在电场中向左做类平抛运动，根据平抛运动的规律求解P 点的位置坐标； (3)要使 b 球不从CD 边界射出，求解恰能从C 点和D 点射出的临界条件确定磁感应强度的范围。

【详解】 (1)a 匀速，则
1mg qE = ①
a 、
b 碰撞，动量守恒
02a b mv mv mv =+ ②
机械能守恒
()22201112222
a b mv mv m v =+ ③ 由②③得
01
3a v v =-，023
=b v v ④
(2)碰后a 、b 电量总量平分，则
1
2
a b q q q ==
碰后a 在电场中向左做类平抛运动，设经0
23v t g
=
时a 球到P 点的位置坐标为（-x ，-y ） a x v t = ⑤ ，2
12
y at =
⑥ 其中
112
mg qE ma -=⑦，1
2a g 由⑤⑥⑦得
2029v x g =，2
09v y g
=
故P 点的位置坐标为（2029g v - ，2
9g
v - ）⑧ (3)碰撞后对b
21
22
qE mg = ⑨ 故b 做匀速圆周运动，则
21
22b b v qv B m r
= ⑩ 得
83mv r qB
=
⑪ b 恰好从C 射出，则
2L r =⑫
由⑪⑫得
116m 3v B qL
=
恰从D 射出，则由几何关系
()2
224r L r L =+- ⑬，
得
5
2
r L =
⑭ 由⑪⑭得
216m 15v B qL
=
故要使b 不从CD 边界射出，则B 的取值范围满足
016m 015v B qL <<
或0
16m 3v B qL
>
【点睛】
本题考查带电粒子在电磁场中的运动以及动量守恒定律及能量守恒关系，注意在磁场中的
运动要注意几何关系的应用，在电场中注意由类平抛运动的规律求解。

11．实验中经常利用电磁场来改变带电粒子运动的轨迹．如图所示，氕（1
1H ）、氘（2
1H ）、氚（3
1H ）三种粒子同时沿直线在纸面内通过电场强度为E 、磁感应强度为B 的复合场区域．进入时氕与氘、氘与氚的间距均为d ，射出复合场后进入y 轴与MN 之间（其夹角为θ）垂直于纸面向外的匀强磁场区域Ⅰ，然后均垂直于边界MN 射出．虚线MN 与PQ 间为真空区域Ⅱ且PQ 与MN 平行．已知质子比荷为q
m
，不计重力． （1）求粒子做直线运动时的速度大小v ； （2）求区域Ⅰ内磁场的磁感应强度B 1；
（3）若虚线PQ 右侧还存在一垂直于纸面的匀强磁场区域Ⅲ，经该磁场作用后三种粒子均能汇聚于MN 上的一点，求该磁场的最小面积S 和同时进入复合场的氕、氚运动到汇聚点
的时间差Δt．
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【来源】江苏省苏州市2019届高三上学期期末阳光指标调研考试物理试题
【答案】(1) E
B
(2)
mE
qdB
(3)
(2)Bd
E
πθ
+
【解析】
【分析】
（1）粒子在电磁复合场中做直线运动是匀速直线运动，根据电场力与洛伦兹力平衡，可求粒子的速度大小；
（2）由粒子的轨迹与边界垂直，可求轨迹半径，由洛伦兹力提供向心力，可求磁感应强度的大小；
（3）由氚粒子圆周运动直径可求磁场的最小面积．根据氕、氚得运动周期，结合几何关系，可求氕、氚到汇聚点的时间差．
【详解】
(1) 由电场力与洛伦兹力平衡，
Bqv＝Eq
解得v＝E/B.
(2) 由洛伦兹力提供向心力，
B1vq＝m
2 v r
由几何关系得r＝d
解得B1＝mE qdB
.
(3) 分析可得氚粒子圆周运动直径为3r
磁场最小面积S＝1
2
π
22
3
22
r r
⎡⎤
⎛⎫⎛⎫
-
⎢⎥
⎪ ⎪
⎝⎭⎝⎭
⎢⎥
⎣⎦
解得S＝πd2
由题意得B2＝2B1
由T＝2r
v
π
得T＝
2m
qB
π
由轨迹可知Δt 1＝(3T 1－T 1)
2θ
π，其中
T 1＝1
2m qB π
Δt 2＝
1
2(3T 2－T 2)，其中T 2＝2
2m qB π)
解得12(2)Bd t t t E
πθ+∆=∆∆=
＋
12．如图所示，直线y =x 与y 轴之间有垂直于xOy 平面向外的匀强磁场1B ，直线x =d 与y =x 间有沿y 轴负方向的匀强电场，电场强度41.010V/m E =⨯，另有一半径R =1.0m 的圆形匀强磁场区域，磁感应强度20.20T B =，方向垂直坐标平面向外，该圆与直线x =d 和x 轴均相切，且与x 轴相切于S 点．一带负电的粒子从S 点沿y 轴的正方形以速度0v 进入圆形磁场区域，经过一段时间进入磁场区域1B ，且第一次进入磁场1B 时的速度方向与直线
y =x 垂直．粒子速度大小5
0 1.010m/s v =⨯，粒子的比荷为5/ 5.010C/kg q m =⨯，粒子重
力不计．求：
(1)粒子在匀强磁场2B 中运动的半径r ； (2)坐标d 的值；
(3)要使粒子无法运动到x 轴的负半轴，则磁感应强度1B 应满足的条件； (4)在(2)问的基础上，粒子从开始进入圆形磁场至第二次到达直线y =x 上的最长时间（ 3.14π=，结果保留两位有效数字）.
【来源】天津市滨海新区2019届高三毕业班质量监测理科综合能力测试物理试题 【答案】(1)r =1m (2)4m d = (3)10.1B T ≤或10.24B T ≥ (4)56.210t s -≈⨯ 【解析】 【详解】
解：(1) 由带电粒子在匀强磁场中运动可得：20
20v B qv m r
= 解得粒子运动的半径：1r m =
(2) 粒子进入匀强电场以后，做类平抛运动，设粒子运动的水平位移为x ，竖直位移为y 水平方向：0x v t = 竖直方向：212
y at =
Eq
a
m
=
tan45
v
at
︒=
联立解得：2
x m
=，1
y m
=
由图示几何关系得：d x y R
=++
解得：4
d m
=
(3)若所加磁场的磁感应强度为
1
B'，粒子恰好垂直打在y轴上，粒子在磁场运动半径为1r
由如图所示几何关系得：()
1
2
r y R
=+
2
v v
=
由带电粒子在匀强磁场中运动可得：
2
1
1
v
B qv m
r
'=
解得：
1
0.1
B T
'=
若所加磁场的磁感应强度为
1
B''，粒子运动轨迹与轴相切，粒子在磁场中运动半径为2r
由如图所示几何关系得：()
22
22
r r y R
+=+
由带电粒子在匀强磁场中运动可得：
2
1
2
v
B qv m
r
''=
解得
1
21
0.24
10
B T T
+
''=≈
综上，磁感应强度应满足的条件为10.1
B T
≤或
1
0.24
B T
≥
(4)设粒子在磁场2B 中运动的时间为1t ，在电场中运动的时间为2t ，在磁场1B 中运动的时间为3t ，则有：
1114t T =
102R
T v π= 20
x t v =
3212t T =
2
22r T v
π=
解得：()
55
1232 1.52210 6.210t t t t s s ππ--=++=-+⨯≈⨯
13．如图甲所示，间距为d 、垂直于纸面的两平行板P 、Q 间存在匀强磁场．取垂直于纸面向里为磁场的正方向，磁感应强度随时间的变化规律如图乙所示。

t =0时刻，一质量为m 、带电荷量为+q 的粒子（不计重力），以初速度0v 由Q 板左端靠近板面的位置，沿垂直于磁场且平行于板面的方向射入磁场区．当0B 和B T 取某些特定值时，可使0t =时刻入射的粒子经t ∆时间恰能垂直打在P 板上（不考虑粒子反弹）。

上述0m q d v 、、、为已知量。

（1）若B 1
2
t T ∆= ，求0B ； （2）若B 3
2
t T ∆=，求粒子在磁场中运动时加速度的大小； （3）若0
04mv B qd
=
，为使粒子仍能垂直打在P 板上，求B T 。

【来源】2014年全国普通高等学校招生统一考试理科综合能力测试物理（山东卷带解析)
【答案】（1）0mv qd （2）20
3v d
（3）03d v π 或01arcsin 242d v π⎛⎫+ ⎪⎝⎭ 【解析】 【分析】
【详解】
（1）设粒子做匀速圆周运动的半径1R ，由牛顿第二定律得
20
001
mv qv B R = ……①
据题意由几何关系得
1R d = ……②
联立①②式得
0mv B qd
=
……③ （2）设粒子做圆周运动的半径为2R ，加速度大小为a ，由圆周运动公式得
202
v a R = ……④
据题意由几何关系得
23R d = ……⑤
联立④⑤式得
20
3v a d
= ……⑥ （3）设粒子做圆周运动的半径为R ，周期为T ，由圆周运动公式得
2R
T v π=
……⑦ 由牛顿第二定律得
20
00mv qv B R
= ……⑧ 由题意知0
04mv B qd
=
，代入⑧式得 4d R = ……⑨
粒子运动轨迹如图所示，1O 、2O 为圆心，1O 、2O 连线与水平方向夹角为θ，在每个B T 内，只有A 、B 两个位置才有可能垂直击中P 板，且均要求02
π
θ<<
，由题意可知
B 222
T T π
θθ+= ……⑩ 设经历完整B T 的个数为n （0n =，1，2，3．．．．．．） 若在B 点击中P 板，据题意由几何关系得
2(sin )R R R n d θ++= ……⑪
当n =0时，无解； 当n =1时联立⑨⑪式得
6
π
θ=
或（1
sin 2
θ=
）……⑫ 联立⑦⑨⑩⑫式得
B 0
3d
T v π=
……⑬
当2n ≥时，不满足090θ︒<<的要求；
若在B 点击中P 板，据题意由几何关系得
2sin 2(sin )R R R R n d θθ+++=……⑭
当0n =时无解
当1n =时，联立⑨⑭式得
1
arcsin 4θ= 或（1sin 4
θ=）……⑰
联立⑦⑧⑨⑩⑰式得
B 0
1arcsin 242d T v π
⎛⎫=+ ⎪⎝⎭ ……⑱
当2n ≥时，不满足090θ︒<<的要求。

【点睛】
14．如图所示，x 轴正方向有以(0，0.10m)为圆心、半径为r =0.10m 的圆形磁场区域，磁感
应强度B=2.0×10-3T ，方向垂直纸面向里。

PQ 为足够大的荧光屏，在MN 和PQ 之间有方向竖直向下、宽度为2r 的匀强电场(MN 与磁场的右边界相切)。

粒子源中有带正电的粒子不断地由静止电压U=800V 的加速电场加速。

粒子经加速后，沿x 轴正方向从坐标原点O 射入磁场区域，再经电场作用恰好能垂直打在荧光屏PQ 上，粒子重力不计。

粒子的比荷为
q m
=1.0×1010C/kg ，2
2tan tan 21tan θθθ=-。

求：
(1)粒子离开磁场时速度方向与x 轴正方向夹角的正切值。

(2)匀强电场的电场强度E 的大小。

(3)将粒子源和加速电场整体向下平移一段距离d(d<r)，粒子沿平行于x 轴方向进入磁场且在磁场中运动时间最长。

求粒子在匀强磁场和匀强电场中运动的总时间(计算时π取3)。

【来源】【市级联考】辽宁省大连市2019届高三双基础检测物理试题 【答案】（1）4
tan 3
θ=（2）33.8410/E N C =⨯（3）71.510s -⨯ 【解析】 【详解】
(1)带电粒子在电场中加速，由动能定理可得:2
012
qU mv =
， 解得：6
0410/v m s =⨯
进入磁场后做圆周运动，洛伦兹力提供向心力20
0v qv B m R
=
联立解得12mU
R B q
=
，R =0.2m ；
设速度偏离原来方向的夹角为θ，由几何关系可得1
tan 2
2
r R α
=
=， 故4tan 3
θ=
(2)竖直方向0sin v at θ=， 水平方向02cos r v t θ=，
Eq a m
=
， 解得:33.8410/E N C =⨯
(3)粒子从C点入射，粒子在磁场中运动的最大弧弦长CD=2r=0.2m，
该粒子在磁场中运动时间最长，由几何关系可得偏向角为sin
2r R
α
=，
解得:α=60°；
在磁场中运动时间1
3
R
t
v
π
=，
得：78
1
10510
6
t s s
π
--
=⨯=⨯
在电场中，水平方向做匀速直线运动，7
2
2
110
cos60
r
t s
v
-
==⨯
︒
则：7
12
1.510
t t t s
-
=+=⨯
15．电子扩束装置由电子加速器、偏转电场和偏转磁场组成．偏转电场的极板由相距为d 的两块水平平行放置的导体板组成，如图甲所示．大量电子由静止开始，经加速电场加速后，连续不断地沿平行板的方向从两板正中间OO’射入偏转电场．当两板不带电时，这些电子通过两板之间的时间为2t0；:当在两板间加最大值为U0、周期为2t0的电压(如图乙所示)时，所有电子均能从两板间通过，然后进入竖直宽度足够大的匀强酸场中，最后打在竖直放置的荧光屏上．已知磁场的水平宽度为L，电子的质量为m、电荷量为e，其重力不计．
（1）求电子离开偏转电场时的位置到OO’的最远位置和最近位置之间的距离
（2）要使所有电子都能垂直打在荧光屏上，
①求匀强磁场的磁感应强度B
②求垂直打在荧光屏上的电子束的宽度△y
【来源】湖南省长沙市雅礼中学2019届高三下学期一模理科综合物理试题
【答案】（1）2010U e y t dm ∆= （2）①00U t B dL =②2
010U e y y t dm
∆=∆= 【解析】 【详解】
（1）由题意可知，从0、2t 0、4t 0、……等时刻进入偏转电场的电子离开偏转电场时的位置到OO ′的距离最大，在这种情况下，电子的最大距离为：
2222
000max 00000311222y U e U e U e y at v t t t t dm dm dm
=
+=+= 从t 0、3t 0、……等时刻进入偏转电场的电子离开偏转电场时的位置到OO ′的距离最小，在这种情况下，电子的最小距离为：
220min 001122U e y at t dm
=
= 最远位置和最近位置之间的距离：1max min y y y ∆=-，
2
010U e y t dm
∆=
（2）①设电子从偏转电场中射出时的偏向角为θ，由于电子要垂直打在荧光屏上，所以电子在磁场中运动半径应为：
sin L R θ
=
设电子离开偏转电场时的速度为v 1，垂直偏转极板的速度为v y ，则电子离开偏转电场时的偏向角为θ，1
sin y v v θ=，
式中00y U e
v t dm
= 又：1
mv R Be =
解得：00U t
B dL
=
②由于各个时刻从偏转电场中射出的电子的速度大小相等，方向相同，因此电子进入磁场后做圆周运动的半径也相同，都能垂直打在荧光屏上．
由第（1）问知电子离开偏转电场时的位置到OO ′的最大距离和最小距离的差值为△y 1， 所以垂直打在荧光屏上的电子束的宽度为：2
010U e y y t dm
∆=∆=。