带电粒子在有界匀强磁场中的运动
带电粒子在有界匀强磁场中的运动
廖红英
带电粒子在有界匀 强磁场中的运动
知识回顾
一、带电粒子在匀强磁场中运动形式
（1）V//B-------匀速直线运动 （2）V⊥B-------匀速圆周运动 （3）粒子运动方向与磁场有一夹角 （大于0度小于90度）-------轨迹为螺旋线
带电粒子在匀强磁场中 做匀速圆周运动，洛伦 兹力就是它做圆周运动 的向心力
（3）欲使粒子要打在极板上，
则粒子入射速度v应满足么条 件？
+q L
m
v
B
L
3、如图所示，在y<0的区域内存在匀强磁场，磁 场方向垂直纸面向外，磁感应强度为B。一个正电 子以速度v从O点射入磁场，入射方向在xy平面内， 与x轴正向的夹角为θ。若正电子射出磁场的位置 与O点的距离为L，求：
（1）正电子在匀强磁场中作圆周 运动的圆心角为多少？
（2）正电子作圆周运动的 半径为多少？
（3）正电子的电量和质量之比为多少？
（4）正电子在匀强磁场中运动的时间是多少？
思考：如果是负电子,那么，两种情况下的时间 之比为多少？
4、如图所示在磁感应强度为B,半径为r的圆
形匀强磁场区 ，一质量为m，电荷量为q的
带电粒子从A点沿半径方向以速度ν
射入磁场中，从C点射出，求：
（1）此粒子在磁场中做圆周运
动的半径是多少？
B v
（2）此粒子的电荷q与质量 m 之比。
MP l
ON
2、长为L的水平极板间，有垂直纸面向内的匀强磁场，如 图所示，磁场强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有 质量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极 板间中点处垂直磁场以速度v平行极板射入磁场，求： （1）粒子刚好打在极板的左端点时的速度为多少？ （2）粒子刚好打在极板上的右端点时的速度是多少？
带电粒子在有界磁场磁场中的运动
d
αR O
过程模型：匀速圆周运动 规律：牛顿第二定律 + 圆周运动公式 条件：要求时间最短
t
s v
速度 v 不变，欲使穿过磁场时间最短，须使 s 有最 小值，则要求弦最短。
题1 一个垂直纸面向里的有界匀强磁场形 状如图所示，磁场宽度为 d。在垂直B的平面
内的A点，有一个电量为 －q、质量为 m、速
y B
如粒子带正电，则： 如粒子带负电，则：
60º v
60º
O 120º
x
A. 2mv qB
B. 2mvcosθ qB
C. 2mv(1-sinθ) qB
2mv(1-cosθ)
D. qB
M
D
C
θ θ θθ
P
N
θθ
练、 一个质量为m电荷量为q的带电粒子（不计重力）
从x轴上的P(a，0)点以速度v，沿与x正方向成60º的
束比荷为q/m=2 ×1011 C/kg的正离子，以不同角度α入射，
其中入射角 α =30º，且不经碰撞而直接从出射孔射出的
离子的速度v大小是 （
C）
αa
A．4×105 m/s B． 2×105 m/s
r
C． 4×106 m/s D． 2×106 m/s O′
O
解： 作入射速度的垂线与ab的垂直平分线交于 r
P
B v0
O
AQ
例、如图，A、B为水平放置的足够长的平行板，板间距离为
d =1.0×10－2m，A板上有一电子源P，Q点在P点正上方B
板上，在纸面内从P点向Q点发射速度在0～3.2×107m/s范
围内的电子。若垂直纸面内加一匀强磁场，磁感应强度
B=9.1×10－3T，已知电子质量 m=9.1×10－31kg ，电子电
带电粒子在匀强磁场中的运动
带电粒子在匀强磁场中的运动带电粒子在匀强磁场中的运动在带电粒子只受洛伦兹力作用、重力可以忽略的情况下，其在匀强磁场中有两种典型的运动：（1）若带电粒子的速度方向与磁场方向平行时，不受洛伦兹力，做匀速直线运动．（2）若带电粒子的速度方向与磁场方向垂直，带电粒子在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动，其运动所需的向心力即洛伦兹力．可见T与v及r无关，只与B及粒子的比荷有关．荷质比q/m相同的粒子在同样的匀强磁场中，T,f和ω相同．（3）圆心的确定．因为洛伦兹力f指向圆心，根据f⊥v，画出粒子运动轨迹上任意两点（一般是射入和出磁场的两点）的f的方向，其延长线的交点即为圆心．（4）半径的确定和计算．圆心找到以后，自然就有了半径（一般是利用粒子入、出磁场时的半径）．半径的计算一般是利用几何知识，常用解三角形的方法及圆心角等于圆弧上弦切角的两倍等知识．（5）在磁场中运动时间的确定．利用圆心角与弦切角的关系，或者是四边形内角和等于360°计算出圆心角θ的大小，由公式t=θ/360°×T可求出运动时间．有时也用弧长与线速度的比．如图所示，注意到：①速度的偏向角ψ等于弧AB所对的圆心角θ．②偏向角ψ与弦切角α的关系为：ψ<180°，ψ=2α；ψ>180°，ψ=360°-2α；（6）注意圆周运动中有关对称规律如从同一直线边界射入的粒子，再从这一边射出时，速度与边界的夹角相等；在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出．确定粒子在磁场中运动圆心的方法①已知粒子运动轨迹上两点的速度方向，作这两速度方向的垂线，交点即为圆心。
②已知粒子入射点、入射方向及运动轨迹上的一条弦，作速度方向的垂线及弦的垂直平分线，交点即为圆心。
③已知粒子运动轨迹上的两条弦，作出两弦垂直平分线，交点即为圆心。
④已知粒子在磁场中的入射点、入射方向和出射方向(不一定在磁场中)，延长(或反向延长)两速度方向所在直线使之成一夹角，作出这一夹角的角平分线，角平分线上到两直线距离等于半径的点即为圆心。
高中物理第一章 第3节带电粒子在匀强磁场中的运动
第3节 带电粒子在匀强磁场中的运动核心素养导学一、带电粒子在匀强磁场中的运动1．带电粒子沿着与磁场垂直的方向射入匀强磁场，由于带电粒子初速度的方向和洛伦兹力的方向都在与磁场方向 的平面内。
所以，粒子只能在该平面内运动。
2．洛伦兹力总是与粒子运动方向垂直，只改变粒子速度的方向，不改变粒子速度的大小。
3．粒子速度大小不变，粒子在匀强磁场中所受洛伦兹力大小也不改变，洛伦兹力提供粒子做圆周运动的向心力，粒子做 运动。
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，带电粒子的重力忽略不计，洛伦兹力提供向心力。
二、带电粒子在磁场中做圆周运动的半径和周期1．半径公式由洛伦兹力提供向心力q v B ＝m v 2r ，可得圆周运动的半径r ＝ 。
2．周期公式匀速圆周运动的周期T ＝2πr v ，将r ＝m v qB 代入，可得T ＝ 。
1.电子以某一速度进入洛伦兹力演示仪中。
(1)励磁线圈通电前后电子的运动情况相同吗？提示：①通电前，电子做匀速直线运动。
②通电后，电子做匀速圆周运动。
(2)电子在洛伦兹力演示仪中做匀速圆周运动时，什么力提供向心力？提示：洛伦兹力提供向心力。
2.如图，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动。
判断下列说法的正误。
(1)运动电荷在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期与速度有关。
( )(2)带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入匀强磁场时速度的大小有关。
( )(3)带电粒子若垂直进入非匀强磁场后做半径不断变化的运动。
( )新知学习(一)⎪⎪⎪带电粒子做圆周运动的半径和周期[任务驱动]美丽的极光是由来自太阳的高能带电粒子流进入地球高空大气层出现的现象。
科学家发现并证实，向地球两极做螺旋运动的这些高能粒子的旋转半径是不断减小的，这主要与哪些因素有关？提示：一方面磁场在不断增强，另一方面由于大气阻力粒子速度不断减小，根据r ＝m v qB，半径r 是不断减小的。
[重点释解]1．由公式r ＝m v qB 可知，带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的半径r 与比荷q m 成反比，与速度v 成正比，与磁感应强度B 成反比。
带电粒子在有界匀强磁场中的运动归类解析
带电粒子在有界匀强磁场中的运动归类解析一、单直线边界磁场1．进入型：带电粒子以一定速度υ垂直于磁感应强度B 进入磁场. 规律要点：（1）对称性：若带电粒子以与边界成θ角的速度进入磁场，则一定以与边界成θ角的速度离开磁场.如图1所示.（2）完整性：比荷相等的正、负带电粒子以相同速度进入同一匀强磁场，则它们运动的圆弧轨道恰构成一个完整的圆；正、负带电粒子以相同速度进入同一匀强磁场时，两粒子轨道圆弧对应的圆心角之和等于2πrad ，即2+-+=ϕϕπ，且2-=ϕθ（或2+=ϕθ）.2．射出型：粒子源在磁场中，且可以向纸面内各个方向以相同速率发射同种带电粒子.规律要点：（以图2中带负电粒子的运动轨迹为例）（1）最值相切：当带电粒子的运动轨迹小于12圆周时且与边界相切（如图2中a 点），则切点为带电粒子不能射出磁场的最值点（或恰能射出磁场的临界点）；（2）最值相交：当带电粒子的运动轨迹大于或等于12圆周时，直径与边界相交的点（图2中的b 点）为带电粒子射出边界的最远点.图2中，在ab 之间有带电粒子射出，设ab 距离为x ，粒子源到磁场边界的距离为d ，带电粒子的质量为m ，速度为υ，则m υr=Bqa O r-d二、双直线边界磁场规律要点：最值相切：当粒子源在一条边界上向纸面内各个方向以相同速率发射同一种粒子时，粒子能从另一边界射出的上、下最远点对应的轨道分别与两直线相切.图3所示.对称性：过粒子源S 的垂线为ab 的中垂线.在图3中，ab 之间有带电粒子射出，可求得ab=最值相切规律可推广到矩形区域磁场中.例1．一足够长的矩形区域abcd 内充满磁感应强度为B 、方向垂直纸面向里的匀强磁场，矩形区域的左边界ad 宽为L ，现从ad 中点O 垂直于磁场射入一带电粒子，速度大小为0υ方向与ad 边夹角为30°，如图4所示。
已知粒子的电荷量为q ，质量为m （重力不计）。
（1）若粒子带负电，且恰能从d 点射出磁场，求0υ的大小；（2）若粒子带正电，使粒子能从ab 边射出磁场，求0υ的取值范围以及此范围内粒子在磁场中运动时间t 的范围。
2019-2020学年人教版高二物理(选修3-1)期末备考专题07 带电粒子在有界匀强磁场中的运动(解析版)
2019-2020学年人教版高二物理（选修3-1）期末备考：重点、难点、热点突破专题07 带电粒子在有界匀强磁场中的运动 主题一 带电粒子在直线边界匀强磁场中的运动1．有单平面边界的磁场问题从单平面边界垂直磁场射入的正、负粒子重新回到边界时的速度大小、速度方向和边界的夹角与射入磁场时相同。
2．有双平行平面边界的磁场问题带电粒子由边界上P 点以如图所示方向进入磁场。
(1)当磁场宽度d 与轨迹圆半径r 满足r ≤d 时(如图中的r 1)，粒子在磁场中做半圆周运动后从进入磁场时的边界上的Q 1点飞出磁场。
(2)当磁场宽度d 与轨迹圆半径r 满足r >d 时(如图中的r 2)，粒子将从另一边界上的Q 2点飞出磁场。
【例1】 如图所示，直线MN 上方存在着垂直纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场，质量为m 、电荷量为－q (q ＞0)的粒子1在纸面内以速度v 1＝v 0从O 点射入磁场，其方向与MN 的夹角α＝30°；质量为m 、电荷量为＋q 的粒子2在纸面内以速度v 2＝3v 0也从O 点射入磁场，其方向与MN 的夹角β＝60°。
已知粒子1、2同时到达磁场边界的A 、B 两点(图中未画出)，不计粒子的重力及粒子间的相互作用。
求：(1)两粒子在磁场边界上的穿出点A 、B 之间的距离d ；(2)两粒子进入磁场的时间间隔Δt 。
【答案】 (1)4mv 0qB (2)πm 3qB【解析】(1)粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，有qvB ＝m v 2r ，则r ＝mv qB故d ＝OA ＋OB ＝2r 1sin 30°＋2r 2sin 60°＝4mv 0qB。
(2)粒子1做圆周运动的圆心角θ1＝5π3粒子2圆周运动的圆心角θ2＝4π3粒子做圆周运动的周期T ＝2πr v ＝2πm qB粒子1在匀强磁场中运动的时间t 1＝θ12πT 粒子2在匀强磁场中运动的时间t 2＝θ22πT 所以Δt ＝t 1－t 2＝πm 3qB。
带电粒子在有界匀强磁场中的运动
Ａ、运动的时间相同
Ｂ 、运动的轨道半径相同 Ｃ 、重新回到边界时速度
大小和方向都相同
Ｄ
、重新回到边界的 与Ｏ点的距离相等
位
置
θ Ｏ
例2、如图所示，一束电子（电量为e)以速度V
垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场，
穿透磁场时的速度与电子原来的入射方向的夹
角为 。3求0:0(1) 电子的质量m=? (2) 电子在
射入磁场，从P点射出磁场，入射方向在xy
平面内，与x轴正向夹角为 。求：
（1）该粒子射出磁场的位置。
（2）该粒子在磁场中运动的时间。（粒子
所受重力不计）
P
y
o
·
v ×××B×××××××××××××××××××××××××××××××××××0××××××
x
y V0
p
o
· × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × x
××××××××××××××××××××××
××××××××××××××××××××××
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
××A××
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
× ×
B × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × × ×
带电粒子在有界 匀强磁场中的运动(1)
简单回顾
一、带电粒子在匀强磁 场中的运动规律 1、带电粒子在匀强磁场中 运动 v B，只受洛伦兹 力作用，做匀速圆周运动. 2、洛伦兹力提供向心力：
带电粒子在有界磁场中的运动
简单回顾
一、带电粒子在匀强 磁场中的运动规律
1.带电粒子在匀强磁场中 运动( v B),只受洛伦兹
F v
o
力作用,做 匀速圆周运动 .
2.洛伦兹力提供向心力:
v2 m q v B R
半径:
2R T v
周期:
T
mv R qB 2m
qB
二、 r(1 cos ) cot
mv0 x1 b L a (1 cos ) cot eB eBL （其中 arcsin ） ⑤ mv0
④
P
v0
θ θ
0
图1
x
Q
②当 r<L 时，磁场区域及电子运动轨迹如图 2 所示，
（ 1 ）粒子沿环状的半径方向射入磁场，不能穿越磁场的最大 速度。
（2）所有粒子不能穿越磁场的最大速度。
解析：（ 1）要粒子沿环状的半径方向射入磁场，不能穿越磁 场，则粒子的临界轨迹必须要与外圆相切,轨迹如图所示。
2 2 2 r R ( R r ) 由图中知， 1 1 2 1
解得
r1 0.375m
v v
v v v
v
一．带电粒子在平行直线边界磁场中的运动
Q P B P Q
P
Q
v
S
垂直磁场边界射入
①速度较小时，作半圆 运动后从原边界飞出； ②速度增加为某临界值 时，粒子作部分圆周运 动其轨迹与另一边界相 切；③速度较大时粒子 作部分圆周运动后从另 一边界飞出
v
S
①速度较小时，作圆 周运动通过射入点； ②速度增加为某临界 值时，粒子作圆周运 动其轨迹与另一边界 相切；③速度较大时 粒子作部分圆周运动 后从另一边界飞出
带电粒子在有界匀强磁场中的运动-高考物理复习
√A.3
B.2
C.32
D.23
电子1、2在磁场中都做匀速圆周运动，根据题意 画出两电子的运动轨迹，如图所示，电子1垂直边 界射入磁场，从b点离开，则运动了半个圆周，ab 即为直径，c点为圆心； 电子2以相同速率垂直磁场方向射入磁场，经t2时间从a、b连线的中 点c离开磁场， 根据半径 r＝mBqv可知，电子 1 和 2 的半径相等， 根据几何关系可知，△aOc为等边三角形，
粒子运动轨迹与 y 轴交点的纵坐标为 y＝－2rcos 30° ＝－233d，故 D 错误.
考向4 带电粒子在多边形边界或角形区域磁场中运动
例4 (多选)(2023·河北石家庄市模拟)如图所示，△AOC为直角三角形，∠O
＝90°，∠A＝60°，AO＝L，D为AC的中点.△AOC中存在垂直于纸面向里的匀
√C.若带电粒子与挡板碰撞，则受到挡板作用力的冲量 大小为5q2BL
√D.带电粒子在磁场中运动时间可能为3πqmB
若粒子带正电，粒子与挡板MN碰撞后恰好从 Q点射出，粒子运动轨迹如图甲所示， 设轨迹半径为 r2，由几何知识得 L2＋(r2－0.5L)2 ＝r22，解得 r2＝54L，根据牛顿第二定律得 qv2B＝mvr222，解得 v2＝54qmBL， 根据动量定理得 I＝2mv2＝5q2BL，故 A 错误，C 正确； 若粒子带负电，则粒子的运动轨迹如图乙所示， 粒子做圆周运动的半径为 r1＝12L，由牛顿第二定律得 qv1B＝mvr112，解得 v1＝q2BmL，此时半径最小，速度也最小，故 B 错误；
2.平行边界(往往存在临界条件，如图所示)
3.圆形边界(进出磁场具有对称性) (1)沿径向射入必沿径向射出，如图甲所示. (2)不沿径向射入时，如图乙所示. 射入时粒子速度方向与半径的夹角为θ，射出磁场时速度方向与半径的 夹角也为θ.
第11单元磁场专题十六带电粒子在有界匀强磁场中的运动-2025年物理新高考备考课件
两种思路
一是以定理、定律为依据，首先求出所研究问题的一般规律和一般解的形式，然后分析、讨论处于临界条件时的特殊规律和特殊解
二是直接分析、讨论临界状态，找出临界条件，从而通过临界条件求出临界值
两种方法
物理方法
（1）利用临界条件求极值；（2）利用边界条件求极值；（3）利用矢量图求极值
长，A错误；由左手定则可判断沿径迹、 运动的粒子均带负电，为电子，B错误；设圆形磁场的半径为，根据几何关系可得沿径迹、 运动的粒子的轨迹半径分别为，，根据可得,则 ，C正确；粒子在磁场中运动的时间之比为偏转角之比，所以 ，D错误.
例5 （多选）[2023·全国甲卷] 光滑刚性绝缘圆筒内存在着平行于轴的匀强磁场，筒上点开有一个小孔，过的横截面是以 为圆心的圆，如图所示.一带电粒子从点沿 射入，然后与筒壁发生碰撞.假设粒子在每次碰撞前、后瞬间，速度沿圆上碰撞点的切线方向的分量大小不变，沿法线方向的分量大小不变、方向相反,电荷量不变.不计重力.下列说法正确的是( )
例6 [2023·浙江丽水模拟] 如图所示，圆形区域内有一垂直于纸面的匀强磁场， 为磁场边界上的一点.现有无数个相同的带电粒子在纸面内沿各个不同方向以相同的速率通过 点进入磁场.这些粒子射出边界的位置均处于磁场边界的某一段弧上，这段圆弧的弧长是圆周长的.若将磁感应强度的大小从原来的变为 ，相
D
A.2 B. C.3 D.
临界极值问题的四个重要结论（1）刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中运动的轨迹与边界相切.（2）当速度 一定时，弧长（或劣弧的弦长）越长，则轨迹对应的圆心角越大，带电粒子在有界磁场中运动的时间越长.（3）当速率 变化时，圆心角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长.（4）在圆形匀强磁场中，当运动轨迹圆半径大于磁场区域圆半径，且入射点和出射点为磁场直径的两个端点时，轨迹对应的圆心角最大（所有的弦长中直径最长）.
专题：带电粒子在有界磁场中的运动(103张PPT)
R1 R2 B O s2
2m T= Bq
r R tan
t = θ 2 T mv R= Bq
2
θ2
练、某离子速度选择器的原理图如图，在半径为R=10cm
的圆形筒内有B= 1×10－4 T 的匀强磁场，方向平行于轴 线。在圆柱形筒上某一直径两端开有小孔a、b。现有一 束比荷为q/m=2 ×1011 C/kg的正离子，以不同角度α入射， 其中入射角 α =30º ，且不经碰撞而直接从出射孔射出的 αa 离子的速度v大小是 （ ） C
两类典型问题
1.带电粒子在有界匀强磁场中（只受洛 伦兹力）做圆弧运动； 2.带电粒子在磁场中运动时的临界问题 （或多解问题）的讨论
概述 • 1、本类问题对知识考查全面，涉及到力学、 电学、磁学等高中物理的主干知识，对学生 的空间想象能力、分析综合能力、应用数学 知识解决物理问题能力有较高的要求，是考 查学生多项能力的极好的载体，因此成为历 年高考的热点。 • 2、从试题的难度上看，多属于中等难度或 较难的计算题。原因有二：一是题目较长， 常以科学技术的具体问题为背景，从实际问 题中获取、处理信息，把实际问题转化成物 理问题。二是涉及数学知识较多（特别是几 何知识）。
从x轴上的P(a，0)点以速度v，沿与x正方向成60º
的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂 直于y轴射出第一象限。求匀强磁场的磁感应强 度B和射出点的坐标。
解析 ：
r
v
y
B
2a
mv 3 Bq
O′ O a
3 mv 得 B 2aq 射出点坐标为（0， 3 a ）
v 60º
x
单边界磁场
练、如图，虚线上方存在磁感应强度为B的磁场， 一带正电的粒子质量m、电量q，若它以速度v沿与 虚线成300、900、1500、1800角分别射入， 1.请作出上述几种情况下粒子的轨迹 2.观察入射速度、出射速度与虚线夹角间的关系 3.求其在磁场中运动的时间。
带电粒子在匀强磁场中的运动(知识小结)
带电粒子在匀强磁场中的运动（知识小结）一．带电粒子在磁场中的运动（1）带电粒子在磁场中运动时，若速度方向与磁感线平行，则粒子不受磁场力，做匀速直线运动；即 ① 为静止状态。
② 则粒子做匀速直线运动。
（2）若速度方向与磁感线垂直，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力起向心力作用。
（3）若速度方向与磁感线成任意角度，则带电粒子在与磁感线平行的方向上做匀速直线运动，在与磁感线垂直的方向上做匀速圆周运动，它们的合运动是螺线运动。
二、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动1．运动分析：洛伦兹力提供向心力，使带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动．(4)运动时间： (Θ 用弧度作单位 )1．只有垂直于磁感应强度方向进入匀强磁场的带电粒子，才能在磁场中做匀速圆周运动．2．带电粒子做匀速圆周运动的半径与带电粒子进入磁场时速率的大小有关，而周期与速率、半径都无关．三、带电粒子在有界匀强磁场中的匀速圆周运动(往往有临界和极值问题)(一)边界举例:1、直线边界（进出磁场有对称性）规律：如从同一直线边界射入的粒子，再从这一边射出时，速度与边界的夹角相等。
速度与边界的夹角等于圆弧所对圆心角的一半，并且如果把两个速度移到共点时，关于直线轴对称。
2、平行边界（往往有临界和极值问题）（在平行有界磁场里运动，轨迹与边界相切时，粒子恰好不射出边界）3、矩形边界磁场区域为正方形，从a 点沿ab 方向垂直射入匀强磁场：若从c 点射出，则圆心在d 处若从d 点射出，则圆心在ad 连线中点处4.圆形边界（从平面几何的角度看，是粒子轨迹圆与磁场边界圆的两圆相交问题。
）特殊情形：在圆形磁场内,沿径向射入时，必沿径向射出一般情形：磁场圆心O 和运动轨迹圆心O ′都在入射点和出射点连线AB 的中垂线上。
或者说两圆心连线OO ′与两个交点的连线AB 垂直。
（二）求解步骤：（1）定圆心、（2）连半径、（3）画轨迹、（4）作三角形．（5）据半径公式求半径，2．其特征方程为：F 洛＝F 向． 3．三个基本公式： (1)向心力公式：qvB ＝m v 2R ； (2)半径公式：R ＝mv qB ； (3)周期和频率公式：T ＝2πm qB ＝1f ； 222m t qB m qB T θππθπθ==⨯=⨯v L =t再解三角形求其它量；或据三角形求半径，再据半径公式求其它量（6）求时间1、确定圆心的常用方法：(1)已知入射方向和出射方向(两点两方向)时，可以作通过入射点和出射点作垂直于入射方向和出射方向的直线，两条直线的交点就是圆弧轨道的圆心，如图3－6－6甲所示，P 为入射点，M 为出射点，O 为轨道圆心．(2)已知入射方向和出射点的位置时(两点一方向)，可以通过入射点作入射方向的垂线，连接入射点和出射点，作其中垂线，这两条垂线的交点就是圆弧轨道的圆心，如图3－6－6乙所示，P 为入射点，M 为出射点，O 为轨道圆心．(3)两条弦的中垂线(三点)：如图3－6－7所示，带电粒子在匀强磁场中分别经过O 、A 、B 三点时，其圆心O ′在OA 、OB 的中垂线的交点上．(4)已知入射点、入射方向和圆周的一条切线：如图3－6－8所示，过入射点A 做v 垂线AO ， 延长v 线与切线CD 交于C 点，做∠ACD 的角平分线交AO 于O 点，O 点即为圆心，求解临界问题常用到此法．(5)已知入射点，入射速度方向和半径大小2．求半径的常用方法 ：由于已知条件的不同，求半径有两种方法：一是：利用向心力公式求半径；二是：利用平面几何知识求半径。
专题 带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题
量为m，电量为q的带正电粒子（不计重力），
从左边极板间中点处垂直磁场以速度v平行极板
Lv
射入磁场，欲使粒子不打在极板上，则入射速
+q , m
B
度v应满足什么条件？
L 原因3.临界状态不唯一形成多解
任务二 带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题
思考：造成带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题 的原因？
原因1.磁场方向不确定形成多解
任务二 带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题
思考：造成带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题 的原因？
例2. 如图，在第I象限范围内有垂直xOy平面的匀强磁场B。质量为
m、电量大小为q的带电粒子(不计重力)，在xOy平面里经原点O射
入磁场中，初速度为v0，且与x轴成60º角，
y
试分析计算：
B
带电粒子在磁场中运动时间多长？
60º v
原因2.带电粒子电性不确定形成多解
60º
O 120º
x
任务二 带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题
思考：造成带电粒子在有界匀强磁场中运动的多解问题
的原因？
O
例3.如图，长为L的水平不带电极板间有垂直纸
面向内的匀强磁场B，板间距离也为L，现有质
例4.如图所示，边长为l的等边三角形ACD内、外分布着方向相反
的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。顶点A处有一粒子源，能沿
∠CAD的平分线方向发射不同速度的粒子，粒子质量均为m，电
荷量均为＋q，不计粒子重力。则粒子以下列
哪一速度发射时不能通过D点
qBl A. 4m
qBl B. 2m
√3qBl Cபைடு நூலகம் 4m
例1.如图所示，A点的粒子源在纸面内沿垂直OQ方向向上射出一束带负 电荷的粒子，粒子重力忽略不计.为把这束粒子约束在OP之下的区域， 可在∠POQ之间加垂直纸面的匀强磁场.已知OA间的距离为s，粒子比荷 为 q/m ，粒子运动的速率为v，OP与OQ间夹角为30°.则所加磁场的磁感 应强度B满足条件？
带电粒子在匀强磁场中运动规律
⑵带电粒子在不同边界磁场中的运动 ①直线边界(进出磁场具有对称性，如图)
②平行边界(存在临界条件，如图)
③圆形边界(沿径向射入必沿径 向射出，如图)
带电粒子在匀强磁场中运动规 律
带电粒子在匀强磁场中的运动规律
1、速度方向与磁场方向平行
若v∥B，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀 速直线运动．
2、速度方向与磁场方向垂直
若v⊥B，带电粒子仅受洛伦兹பைடு நூலகம்作用，在垂直于磁感 线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动．
3、带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的 平面内做匀速圆周运动的基本公式：
O′ (偏向角)
v
Aθ θ B v O
3. 运动时间的确定
⑴直接根据公式 t =s / v 或 t =α/ω求出运动时间t
⑵粒子在磁场中运动一周的时间为T，当粒子运动的 圆弧所对应的圆心角为α时，其运动时间可由下式表
示： t2 tT 2T
或 或 或 t3 t 6 3T 06 T 0
O′ (偏向角)
v
Aθ θ B v O
谢谢！
2．半径的确定 用几何知识(勾股定理、三角函数等),求出该圆的可能 半径(或圆心角)．并注意以下两个重要的几何特点：
⑴粒子速度的偏向角(φ)等于回旋角 (α)，并等于AB弦 与切线的夹角(弦切角θ)的2倍 (如图) ， 即．φ=α=2θ=ωt
⑵相对的弦切角(θ)相等， 与相邻的弦切角(θ′)互补， 即．θ+θ′=180°
⑴向心力公式：F向
高中物理：带电粒子在匀强磁场中的运动
高中物理：带电粒子在匀强磁场中的运动【知识点的认识】带电粒子在匀强磁场中的运动1．若v∥B，带电粒子不受洛伦兹力，在匀强磁场中做匀速直线运动．2．若v⊥B，带电粒子仅受洛伦兹力作用，在垂直于磁感线的平面内以入射速度v做匀速圆周运动．3．半径和周期公式：（v⊥B）【命题方向】常考题型：带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动如图，半径为R的圆柱形匀强磁场区域的横截面（纸面），磁感应强度大小为B，方向垂直于纸面向外．一电荷量为q（q＞0）、质量为m的粒子沿平行于直径ab的方向射入磁场区域，射入点与ab的距离为．已知粒子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为60°，则粒子的速率为（不计重力）（）A. B. C. D.【分析】由题意利用几何关系可得出粒子的转动半径，由洛仑兹力充当向心力可得出粒子速度的大小；解：由题，射入点与ab的距离为．则射入点与圆心的连线和竖直方向之间的夹角是30°，粒子的偏转角是60°，即它的轨迹圆弧对应的圆心角是60，所以入射点、出射点和圆心构成等边三角形，所以，它的轨迹的半径与圆形磁场的半径相等，即r＝R．轨迹如图：洛伦兹力提供向心力：，变形得：．故正确的答案是B．故选：B．【点评】在磁场中做圆周运动，确定圆心和半径为解题的关键．【解题方法点拨】带电粒子在匀强磁场中的匀速圆周运动一、轨道圆的“三个确定”（1）如何确定“圆心”①由两点和两线确定圆心，画出带电粒子在匀强磁场中的运动轨迹．确定带电粒子运动轨迹上的两个特殊点（一般是射入和射出磁场时的两点），过这两点作带电粒子运动方向的垂线（这两垂线即为粒子在这两点所受洛伦兹力的方向），则两垂线的交点就是圆心，如图（a）所示．②若只已知过其中一个点的粒子运动方向，则除过已知运动方向的该点作垂线外，还要将这两点相连作弦，再作弦的中垂线，两垂线交点就是圆心，如图（b）所示．③若只已知一个点及运动方向，也知另外某时刻的速度方向，但不确定该速度方向所在的点，如图（c）所示，此时要将其中一速度的延长线与另一速度的反向延长线相交成一角（∠PAM），画出该角的角平分线，它与已知点的速度的垂线交于一点O，该点就是圆心．（2）如何确定“半径”方法一：由物理方程求：半径R＝；方法二：由几何方程求：一般由数学知识（勾股定理、三角函数等）计算来确定．（3）如何确定“圆心角与时间”①速度的偏向角φ＝圆弧所对应的圆心角（回旋角）θ＝2倍的弦切角α，如图（d）所示．②时间的计算方法．方法一：由圆心角求，t＝•T；方法二：由弧长求，t＝．二、解题思路分析1．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的分析方法．2．带电粒子在有界匀强磁场中运动时的常见情形．直线边界（粒子进出磁场具有对称性）件）形边界（粒子沿径向射入，再沿向射出）3．带电粒子在有界磁场中的常用几何关系（1）四个点：分别是入射点、出射点、轨迹圆心和入射速度直线与出射速度直线的交点．（2）三个角：速度偏转角、圆心角、弦切角，其中偏转角等于圆心角，也等于弦切角的2倍．三、求解带电粒子在匀强磁场中运动的临界和极值问题的方法由于带电粒子往往是在有界磁场中运动，粒子在磁场中只运动一段圆弧就飞出磁场边界，其轨迹不是完整的圆，因此，此类问题往往要根据带电粒子运动的轨迹作相关图去寻找几何关系，分析临界条件，然后应用数学知识和相应物理规律分析求解．（1）两种思路①以定理、定律为依据，首先求出所研究问题的一般规律和一般解的形式，然后再分析、讨论临界条件下的特殊规律和特殊解；②直接分析、讨论临界状态，找出临界条件，从而通过临界条件求出临界值．（2）两种方法物理方法：①利用临界条件求极值；②利用问题的边界条件求极值；③利用矢量图求极值．数学方法：①利用三角函数求极值；②利用二次方程的判别式求极值；③利用不等式的性质求极值；④利用图象法等．（3）从关键词中找突破口：许多临界问题，题干中常用“恰好”、“最大”、“至少”、“不相撞”、“不脱离”等词语对临界状态给以暗示．审题时，一定要抓住这些特定的词语挖掘其隐藏的规律，找出临界条件．。
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练习1：如图所示，质量为m，带正电量q的离子，垂直磁 场方向从A射入匀强磁场．磁感应强度为B，途经P点．已 知AP连线与入射方向成α角，AP连线长为L，则（ CD） A．离子从A到P速度方向改变了α角 B．离子运动的半径为L/2 C．离子从A到P经历的时向为2mα/Bq D．离子运动的速度为(BqL/2msinα)
在磁场中偏转越大，其轨迹越短， 运动时间越长的 t1= θT/2 π
四、其它类型
例题4、一带电质点，质量为m，电荷量为q，以平行 于ox轴的速度V从y轴上的a点射入图中的第一象限所 示的区域，为了使该质点能从x轴上的b点以垂直于0x 轴的速度V射出，可在适当地方加一个垂直于xy平面， 磁感强度为B的匀强磁场．若此磁场仅分布在一个圆形 区域内，试求这个圆形磁场区域的最小半径．重力忽 略不计．
O
2.半径的计算方法 （1）公式法
m v2 qvB R
（2）几何法
mv R qB
3.时间的计算方法 首先求出圆心角
（1）
m t T 2 qB
（2）
s R t v v
一、单直边界类型
例1．(2001年全国，18)如图所示，在y<0的区域内存在匀强 磁场，磁场方向垂直于xy平面并指向纸面外，磁感应强度为 B．一带正电的粒子以速度V0从O点射入磁场，入射方向在xy 平面内，与x轴正方向的夹角为θ,若粒子射出磁场的位置与O 点的距离为L，
r1
r12=(5d)2+(r1-d)2
r1=13d
B >q mv0/13d
三、圆形边界类型
例3.在以坐标原点0为圆心，半径为r的圆形区域内，存在磁感 应强度大小为B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，如图所 示．一个不计重力的带电粒子从磁场边界与x轴的交点A处以速 度V沿一x方向射人磁场，它恰好从磁场边界与y轴的交点c处沿 +y方向飞出． (1)请判断该粒子带何种电荷，并求出其比荷q/m； (2)若磁场的方向和所在空间范围不变，而磁感应强度的大小变 为B’，该粒子仍从A处以相同的速度射入磁场，但飞出磁场时 的速度方向相对于入射方向改变了600，求磁感应强度B’多大? 此次粒子在磁场中运动所用 时间t多少?
例题9：两平面荧光屏互相垂直放置，在两屏内分别取垂直于两 屏交线的直线为x轴和y轴，交点0为原点，如图所示．在y>0， 0<x<a的区域有垂直于纸面向里的匀强磁场，在y>0，x>a的区 域有垂直于纸面向外的匀强磁场，两区域内的磁感应强度大小均 为B．在0点处有一小孔，一束质量为m、带电量为q(q>0)的粒 子沿x轴经小孔射入磁场，最后打在竖直和水平荧光屏上，使荧 光屏亮．入射粒子的速度可取从零到某一最大值之间的各种数 值．已知速度最大的粒子在0<x<a的区域中运动的时间与在x>a 的区域中运动的时间之比为2/5，在磁场中运动的总时间为7T/12， 其中T为该粒子在磁感 应强度为B的匀强磁场中做圆 周运动的周期．试求两个荧光
例11 两无限长平行金属板间距为d，其 间充满如图所示磁感应强度为B 的磁场， 板边缘A点，有一电子源，可以发射垂 直于板的0-v的各种速率的电子，求电子 打在两板上的范围
A 注意：讨论V 的大小
A
v0 O 60° 30°
B
发生3次碰撞
B
A
v0
O
（1）碰2次 tan θ/2=R/r r=
3R
t=3xT/6=T/2=π m/qB
vn =qBrn/m
R
2π /n+1
rn θ/2 =qBR/m[tan（n-1）π/2（n+1）] θn （2）碰n次 θn=π-[2π/（n+1）]=（n-1）π/（n+1） tan θn/2=tan（n-1）π/2（n+1）=R/rn rn =R/[tan（n-1）π/2（n+1）] tn =（n+1）θnT/2 π= （n-1）πm/qB
屏上亮线的范围(不计重力的影响)．
例题10．(1999年全国，24)图中，虚线MN是一垂直纸面的平 面与纸面的交线，在平面右侧的半空间存在一磁感应强度为 B的匀强磁场，方向垂直纸面向外．O是MN上的一点，从0点 可以向磁场区域发射电荷量为+q、质量为m、速率为V的粒 子．粒子射人磁场时的速度可在纸面内向各个方向．已知先 后射入的两个粒子恰好在磁场中给定的P点相遇，P到0的距 离为L，不计重力及粒子间的相互作用． (1)求所考查的粒子在磁场中的轨道半径． (2)求这两个粒子从0点射入磁场的时间间隔．
二、双直边界类型
A
d
v
例题2 如图所示，一束电子的电荷量 F 为e以速度垂直射入磁场中，穿过磁场 时的速度方向与原来的入射方向的夹 角是30度，则 （1）电子的质量是多少？
B
30°
θ
=30°r
F
v
（2）电子穿过磁场的时间又是多少？ O
练习1 如图所示，长为L的水平极板间，有垂直纸面向里 的匀强磁场，磁感应强度为B，板间距离也为L，板不带 电．现有质量为m、电量为q的带正电粒子(不计重力)，从 左边极板间中点处垂直磁场方向以速度v水半射入磁场， 欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是( AB ) A．使粒子的速度v<BqL/4m B．使粒子的速度v>5BqL/4m C．使粒子的速度v>BqL/m D．使粒子速度BqL/4m <v<5BqL/4m
o'
练习2．磁感应强度为B的匀强磁场存在于半径为R的圆形面内，方 向如图所示，现有质量为m，电量为+q的粒子从A点对准面内圆心O 射入磁场，为使粒子能重返A点多少？（设粒子与界面碰撞无能量损失， 且电量不变 发生碰撞的最少次数？
2次
t2=T/3=2π m/3qB
例题5．一匀强磁场，磁场方向垂直于xy平面，在xy面 上，磁场分布在以0为中心的一个圆形区域内，一个质 量为m、电荷量为q的带电粒子，由原点0开始运动， 初速度为V，方向沿x轴正方向．后来，粒子经过y轴上 的P点，此时速度方向与y轴的夹角为300，P到0的距 离为L，如图所示．不计重力的影响．求磁场的磁感应 强度B的大小和xy平面上磁场区域的半径R．
(二)带电粒子在有界匀强磁场中运动时，涉及到的典型问题
A × × × × × × 1、圆心的确定方法 × × × × × × × × × × × ×B × × × × × ×
φ
（1）速度垂线法：已知 磁场中的两点的速度方向
（2）中垂线法：已知磁场中 θ 的一点的速度方向和另一位置 O 注意： A ①粒子的偏向角φ与粒 × ×× × × × β 子的圆心角（回旋角） × ×× × × × θ相等 × ×× ××× B ②弦切角β等于粒子的 （圆心角）回旋角的一半 × ×× × × × ③入射角=出射角
例题6：如图真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于图中纸面 向里，磁感应强度的大小B=0.60 T．磁场内有一块平面感光板 ab，板面与磁场方向平行．在距ab为L=16 cm处，有一个点状 的a放射源s，它向各个方向发射a粒子，a粒子的速度都是 V=3.0×106 m/s．已知a粒子的电荷与质量之比q/m=5.0×107C ／kg．现只考虑在纸平面中运动的a粒子，求ab上被a粒子打中 区域的长度．
练习2．如图所示，M、N两板相距为d，板长为5d，两板不带电，板
间有垂直纸面的匀强磁场，一大群电子沿平行于板的方向从各处位 置以速率v0射入板间，为了使电子都不从板间穿出，磁感应强度B 的大小范围如何？（设电子质量为m，电量为e，且N板接地）
2r> d r> d/2 mv0/qB > d/2 B < 2mv0q/d r < r1
带电粒子在有界匀强磁场中的运动
(一)带电粒子在有界匀强磁场中的运动规律 × × × × × × × × × × × × × × × × × × × １、在磁场中的运动 仍满足匀速圆周运动 的规律 2、当粒子刚好不穿 过该边界时的条件是： 边界线是圆周轨迹的 切线 3、入射角=出射角
× × × × ×
例题8：如图所示，在一个圆形区域内，两个方向相反且都垂 直于纸面的匀强磁场分布在以直径A2A4为边界的两个半圆形区 域I、Ⅱ中，A2A4与A1A3的夹角为600，一质量为m、带电量为 +q的粒子以某一速度从I区的边缘点A1处沿与A1A3成300角的方 向射入磁场，随后该粒子以垂直于A2A4的方向经过圆心O进入 Ⅱ区，最后再从A4处射出磁场．已知该粒子从射入到射出磁场 所用的时间为t，求I区和Ⅱ区中磁感应强度的大小．(忽略粒子 重力)
练习1、如图所示，在半径为r的圆形区域内，有一个匀强磁场， 一带电粒子以速度v0从A点沿半径方向射入磁场区，并由B点射出， O点为圆心，∠AOB=120°，（粒子重力不计）求 （1）粒子在磁场区的偏转半径R （2）在磁场区中的运动时间
r
60°
R 3r
R
30° 30°
T 3r t 6 3v0