高考物理一轮复习热点题型专题3.6带电粒子在有界匀强磁场中的临界极值问题(1)学案

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高考物理专题带电粒子在有界电场、磁场中临界问题

九、带电粒子在有界电场、磁场中临界问题带电粒子在有界电场、磁场中的临界问题是带电粒子在电磁场中运动问题的难点与易错点,分析解答此类问题的关键在于正确找出临界点,具体方法:分析带电粒子在电场、磁场中运动轨迹与电场、磁场边界的关系。

1.带电粒子在有界电场中的临界问题典例1 (多选)如图所示,水平放置的平行板电容器与某一电源相连,它的极板长L=0.4 m,两板间距离d=4×10-3 m,有一束由相同带电微粒组成的粒子流以相同的速度v 0从两板中央平行极板射入,开关S 闭合前,两极板不带电,由于重力作用,微粒能落到下极板的正中央。

已知微粒质量m=4×10-5 kg,电荷量q=+1×10-8 C,则下列说法正确的是( )A.微粒的入射速度v 0=10 m/sB.电容器上极板接电源正极时微粒有可能从平行板电容器的右边射出电场C.电源电压为180 V 时,微粒可能从平行板电容器的右边射出电场D.电源电压为100 V 时,微粒可能从平行板电容器的右边射出电场答案 AC 开关S 闭合前,两极板不带电,微粒落到下极板的正中央,由d 2=12gt 2,L2=v 0t,得v 0=10 m/s,A 正确;电容器上极板接电源正极时,微粒的加速度更大,竖直方向运动时间更短,水平位移将更小,还将打在下极板,B 错误;设微粒恰好从平行板右边缘下侧飞出时的加速度为a,微粒所受电场力竖直向上,则d 2=12at 2,L=v 0t,mg-Uqd =ma,得U=120 V,同理微粒在平行板右边缘上侧飞出时,可得U=200 V,所以平行板上板带负电,电源电压为120 V≤U≤200 V 时微粒可以从平行板电容器的右边射出电场,C 正确,D 错误。

反思总结本题中当微粒与电场右侧上、下边界相切是解题的临界点,由此可以找出电压的变化范围。

2.带电粒子在有界磁场中的临界问题典例2 (多选)如图所示,一粒子发射源P 位于足够长绝缘板AB 的上方d 处,能够在纸面内向各个方向发射速率为v 、比荷为k 的带正电的粒子,空间存在垂直纸面的匀强磁场,不考虑粒子间的相互作用和粒子重力。

2025高考物理带电粒子在有界磁场中运动的临界和极值问题

2025高考物理带电粒子在有界磁场中运动的临界和极值问题一、多选题1．如图所示，直角三角形ABC 区域内有垂直纸面向外的匀强磁场（图中未画出），AC 边长为l ，∠B ＝o 30，一群比荷为q m的带正电粒子以相同速度在CD 范围内垂直AC 边射入，从D 点射入的粒子恰好不从AB 边射出。

已知从BC 边垂直射出的粒子在磁场中运动的时间为t ，粒子在磁场中运动的最长时间为53t ，不计粒子的重力及粒子间的相互作用力，则（）A ．磁感应强度大小为m qtπ BC D ．粒子在磁场中扫过的面积为()2349l π2．如图所示，长方形abcd 长ad =0.6m ，宽ab =0.3m ，O 、e 分别是ad 、bc 的中点，以ad 为直径的半圆内有垂直于纸面向里的匀强磁场（边界上无磁场），磁感应强度B =0.25T 。

一群不计重力、质量m =3×10－7kg 、电荷量q =+2×10－3C 的带电粒子以速度v =5×102m/s 沿垂直ad 方向且垂直于磁场射入磁场区域（）A ．从Od 边射入的粒子，出射点全部分布在Oa 边B ．从aO 边射入的粒子，出射点全部分布在ab 边C ．从Od 边射入的粒子，出射点分布在be 边D ．从aO 边射入的粒子，出射点分布在ab 边和be 边3．如图所示，竖直平面内两条虚线是匀强磁场的上下边界，宽度0.2m d =，磁场的磁感应强度0.1T B =，在磁场下边界P 点有粒子源，可以向磁场各个方向发射速度30 1.010m /sv =⨯带正电的粒子，粒子比荷42.510C /kg q m=⨯，不计粒子的重力，下列说法正确的是（）A ．粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为0.4mB ．粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为0.5mC ．粒子在磁场中运动的最长时间是4810s 3π-⨯ D ．粒子在磁场中运动的最长时间是4110s 3π-⨯二、单选题4．如图所示，某真空室内充满匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，磁场内有一块足够长的平面感光板MN ，点a 为MN 与水平直线ab 的交点，MN 与直线ab 的夹角为53θ=︒，ab 间的距离为10cm d =。

高考物理知识体系总论：带电粒子在匀强磁场中运动的临界极值及多解问题

PART 2
利用知识体系框架来解题
DREAM OF THE FUTURE
经典例题1
(多选)空间存在方向垂直于纸面向里的匀强磁场，图中的正方形为其边界。一细束由两种粒子组成的粒子流沿垂直于磁场的方向从O点入射。这两种粒子带同种电荷，它们的电荷量、质量均不同，但其比荷相同，且都包含不同速率的粒子。不计重力。下列说法正确的是(ꢀꢀ) A．入射速度相同的粒子在磁场中的运动轨迹一定相同 B．入射速度不同的粒子在磁场中的运动时间一定不同 C．在磁场中运动时间相同的粒子，其运动轨迹一定相同 D．在磁场中运动时间越长的粒子，其轨迹所对的圆心角一定越大
有些题目只告诉了磁感应强度的大小，而未具体指出磁感应强度的方向，此时必须考虑由磁感应强度方向
多解
不确定而形成的多解。如图所示。
4.运动的往复性形成多
解
带电粒子在匀强磁场中运动的临界极值及多解问题
大致框架
1.带电粒子
如图所示，带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场
电性不确定
时，由于粒子运动轨迹是圆弧状，因此，它可能直接
带电粒子在匀强磁场中运动的临界极值及多解问题
大致框架
突破一ꢀ 带电粒子在匀强磁场中运动的临界极值问题
1.分析方法 2.四个结论
(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)当速率v一定时，弧长越长，圆心角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长。 (3)当速率v变化时，圆心角大的，运动时间长，解题时一般要根据受力情况和运动情况画出运动轨迹的草图，找出圆心，根据几何关系求出半径及圆心角等。 (4)在圆形匀强磁场中，当运动轨迹圆半径大于区域圆半径时，则入射点和出射点为磁场直径的两个端点时，轨迹对应的偏转角最大(所有的弦长中直径最长)。

高中高考物理专项复习磁场有界磁场中的临界极值问题

[解析] (1)带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，设半径为 R1，运动速度为 v0。粒子能从左边界射出，临界情况如图甲所示，由几何条件知 R1＋R1cos 30° ＝d mv2 0 又 qv0B＝ R 1 2（2－ 3）Bqd Bqd 解得 v0＝＝ m m（1＋cos 30° ）所以粒子能从左边界射出时的最大速度为 2（2－ 3）Bqd vm＝v0＝ m
[ 典题 2]
(2016· 长沙质检 ) 如图所
示，真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，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 玻璃 l＝16 cm 处，有一个点状的 α 放射源 S，它向各个方向发射 α 粒子，α 粒子的速度都是 v＝ q 3.0×10 m/s，已知 α 粒子的比荷m＝5.0×107 C/kg，现只考虑在图P′直线上，将半径放缩作轨迹，从而探索出临界条件，这种方法称为“放缩法”。
[典题 1]
(2016· 浙江联考)如图甲所示，在空间中存在垂直纸
面向里的磁感应强度为 B 的匀强磁场，其边界 AB、CD 相距为 d，在左边界的 Q 点处有一质量为 m、带电量为 q 的负粒子沿与左边界成 30° 的方向射入磁场，粒子重力不计。求：
考点二
“平移法”解决有界磁场中的临界问题
1．适用条件 (1)速度大小一定，方向不同带电粒子进入匀强磁场时，它们在磁场中做匀速圆周运动的半径相同，若射入初速度为 v0，则圆周运动半径为 R mv0 ＝ qB 。如图所示。
(2)轨迹圆圆心，共圆带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆心在以入射点 P 为 mv0 圆心、半径 R＝ qB 的圆(这个圆在下面的叙述中称为“轨迹圆心圆”)上。 2．方法界定 mv0 将一半径为 R＝ qB 的圆沿着“轨迹圆心圆”平移，从而探索出临界条件，这种方法称为“平移法” 。

2025版高考物理一轮总复习专题强化14多解问题考点1带电粒子在磁场中运动的临界问题(含答案)

高考物理一轮总复习考点突破：考点1 带电粒子在磁场中运动的临界问题(能力考点·深度研析) 1．问题概述带电粒子在有界匀强磁场中运动时，由于受到磁场边界的约束，经常会考查求解粒子在磁场中运动的最长或最短时间、粒子运动区域等临界问题。

2．解题思路(1)先不考虑磁场边界，假设磁场充满整个空间，根据题给条件尝试画出粒子可能的运动轨迹圆。

(2)结合磁场边界找出临界条件。

(3)根据几何关系、运动规律求解。

根据粒子射入磁场时的特点，分析临界条件的常用技巧有三种：动态圆放缩法、定圆旋转法、平移圆法。

3．分析临界、极值问题常用的四个结论(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)当速率v一定时，弧长越长，圆心角越大，则带电粒子在有界磁场中运动的时间越长。

(3)当速率v变化时，圆心角大的，运动时间长，解题时一般要根据受力情况和运动情况画出运动轨迹的草图，找出圆心，根据几何关系求出半径及圆心角等。

(4)在圆形匀强磁场中，当运动轨迹圆半径大于区域圆半径时，则入射点和出射点为磁场区域圆直径的两个端点时，轨迹对应的偏转角最大(所有的弦长中直径最长)。

►考向1 动态圆放缩法界定方法以入射点P 为定点，圆心位于PP ′直线上，将半径放缩作轨迹圆，从而探索出临界条件，这种方法称为“放缩圆”法(多选)如图所示，矩形OMPN 空间内存在垂直于平面向里、磁感应强度大小为B 的匀强磁场。

有大量速率不同的电子从O 点沿着ON 方向进入磁场。

已知电子质量为m ，电荷量为e ，OM 长度为3d ，ON 长度为2d ，忽略电子之间的相互作用，电子重力不计。

下列说法正确的是( BC )A ．电子速率越小，在磁场里运动的时间一定越长B ．电子在磁场里运动的最长时间为πmeBC ．MP 上有电子射出部分的长度为3dD ．MP 上有电子射出部分的长度为(2－3)d[解析] 电子在磁场中做匀速圆周运动，则evB ＝m v 2r，则运动周期T ＝2πr v ＝2πm Be ，运动时间t ＝θ2πT ＝θmBe，由此可知电子运动时间与运动的圆心角有关，当电子速度较小时从OM 边射出，圆心角均为π，且此时对应的圆心角最大，故运动时间最长为t ＝πmeB，A 项错误，B 项正确；随着速度增大，电子运动半径逐渐增大，轨迹如图所示，由图可知MP 边有电子射出的范围为BM 长度，当电子轨迹与上边界相切时半径为2d ，由几何关系可知BM ＝2d2－d 2＝3d ，C 项正确，D 项错误。

高考物理知识体系总论：带电粒子在匀强磁场中运动的临界极值及多解问题作业(答案+解析)

带电粒子在匀强磁场中运动的临界极值及多解问题作业题作业题目难度分为3档：三星☆☆☆（基础题目）四星☆☆☆☆（中等题目）五星☆☆☆☆☆（较难题目）本套作业题目1-10题为三星,11-15为四星。

1.某电子以固定的正点电荷为圆心在匀强磁场中沿逆时针方向做匀速圆周运动，磁场方向垂直于它的运动平面，电子所受正点电荷的电场力是洛伦兹力的3倍．若电子电荷量为e 、质量为m ，磁感应强度为B ，不计重力，则电子运动的角速度可能是()☆☆☆A.4Bem B.3Bem C.2Bem D.Bem答案解析：当洛伦兹力方向和电场力方向相同时，有ωmu r v m evB F ==+2电，又因为evB F 3=电，可得m eB 4=ω，当洛伦兹力和电场力方向相反时，有：ωmv evB F =-电，得meB 2=ω，故A 、C 正确。

2.如图示，边界OA 与OC 之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场，边界OA 上有一粒子源S.某一时刻，从S 平行于纸面向各个方向发射出大量带正电的同种粒子(不计粒子的重力及粒子间的相互作用)，所有粒子的初速度大小相同，经过一段时间有大量粒子从边界OC 射出磁场．已知∠AOC ＝60°，从边界OC 射出的粒子在磁场中运动的最长时间等于T/2(T 为粒子在磁场中运动的周期)，则从边界OC 射出的粒子在磁场中运动的时间可能为()☆☆☆A.T 3B.T 4C.T 6D.T 8答案解析：粒子在磁场中做匀速圆周运动，出射点和入射点的连线为轨迹的弦，初速度大小相同，轨迹半径qBmv R =相同，设d OS =，当射出点D 与S 点连线垂直于OA 时，DS 弦最长，轨迹对应的圆心角α最大，根据qvB rv m =2，有m qBr v =，则周期qB m v r T ππ22==周期恒定，粒子的运动时间T t πα2=，此时粒子运动时间最长为2T ，当出射点E 与S 点的连线垂直于OC 时，弦ES 最短，轨迹所对的圆心角最小，则粒子在磁场中运动的时间最短，由几何关系，得︒=60θ，所以最短时间为T 61，故粒子在磁场中运动时间范围为26T t T ≤≤，运动时间不可能为8T ，故A 正确。

高考物理一轮总复习第九章第三讲带电粒子在匀强磁场中运动的临界极值多解问题课件

OA 上有一粒子源 S.某一时刻，从 S 平行于纸面向各个方向发射出大量带正电的同
种粒子(不计粒子的重力及粒子间的相互作用)，所有粒子的初速度大小相同，经过
一段时间有大量粒子从边界 OC 射出磁场．已知∠AOC＝60°，从边界 OC 射出的
粒子在磁场中运动的最短时间等于T6(T 为粒子在磁场中运动的周期)，则从边界 OC
射出的粒子在磁场中运动的最长时间为( )
A.T3
B．T2 C.23T
D．56T
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第六页，共三十八页。
解析：由左手定则可知，粒子在磁场中做逆时针方向的圆周运动，由于粒子速度
大小都相同，故轨迹弧长越小，粒子在磁场中运动时间就越短；而弧长越小，所
对弦长也越短，所以从 S 点作 OC 的垂线 SD，则 SD 为最短弦，可知粒子从 D 点
根据牛顿第二定律可知 4Bqv＝mvR2，得 v＝4BmqR，此种情况下，负电荷运动的角
速度为 ω＝Rv＝4mBq；当负电荷所受的洛伦兹力与电场力方向相反时，有 2Bqv＝ mvR2，v＝2BmqR，此种情况下，负电荷运动的角速度为 ω＝Rv＝2mBq，应选 AC.
答案：AC
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3．带电粒子速度不确定形成多解有些题目只告诉了带电粒子的电性，但未具体指出速度的大小或方向，此时必须要考虑由于速度的不确定而形成的多解．
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第二十一页，共三十八页。
[典例 4] (多选)如图所示，两方向相反、磁感应强度大小均为 B 的匀强磁场被边
长为 L 的等边三角形 ABC 理想分开，三角形内磁场垂直纸面向里，三角形顶点 A
mv A.2qB
B．
3mv qB

高三物理一轮复习资料【带电粒子在匀强磁场中的运动】

高三物理一轮复习资料【带电粒子在匀强磁场中的运动】 [考点分析]1．命题特点：带电粒子在匀强磁场中的运动是等级考命题的热点问题，对此部分内容的考查以带电粒子在各类有界匀强磁场中的运动为主，题型有选择也有计算，难度中等偏上．2．思想方法：对称法、图解法、模型法等．[知能必备]1．单边界磁场问题的对称性带电粒子在单边界匀强磁场中的运动一般都具有对称性，可总结为：单边进出(即从同一直线边界进出)，等角进出，如图所示．2．缩放圆法的应用技巧当带电粒子以任一速度沿特定方向射入匀强磁场时，它们的速度v0越大，在磁场中做圆周运动的轨道半径也越大，它们运动轨迹的圆心在垂直速度方向的直线PP′上，此时可以用“缩放圆法”分析——以入射点为定点，圆心位于直线PP′上，将半径缩放作粒子的运动轨迹，从而探索出临界条件．3．带电粒子在磁场中运动产生多解的原因[真题再练]1. (多选)如图所示，在Oxy 平面的第一象限内存在方向垂直纸面向里，磁感应强度大小为B 的匀强磁场．一带电粒子从y 轴上的M 点射入磁场，速度方向与y 轴正方向的夹角θ＝45°.粒子经过磁场偏转后在N 点(图中未画出)垂直穿过x 轴．已知OM ＝a ，粒子电荷量为q ，质量为m ，重力不计．则( )A ．粒子带负电荷B ．粒子速度大小为qBamC ．粒子在磁场中运动的轨道半径为aD ．N 与O 点相距(2＋1)a解析：AD 由左手定则，分析粒子在M 点受的洛伦兹力，可知粒子带负电，选项A 正确；粒子的运动轨迹如图所示，O ′为粒子做匀速圆周运动的圆心，其轨道半径R ＝2a ，选项C 错误；由q v B ＝m v 2R ，可求出v ＝2qBa m ，选项B 错误；由图可知，ON ＝a ＋2a ＝(2＋1)a ，选项D 正确．2.如图，在0≤x ≤h ，－∞<y <＋∞区域中存在方向垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度B 的大小可调，方向不变．一质量为m 、电荷量为q (q >0)的粒子以速度v 0从磁场区域左侧沿x 轴进入磁场，不计重力．(1)若粒子经磁场偏转后穿过y 轴正半轴离开磁场，分析说明磁场的方向，并求在这种情况下磁感应强度的最小值B m ；(2)如果磁感应强度大小为B m2，粒子将通过虚线所示边界上的一点离开磁场．求粒子在该点的运动方向与x 轴正方向的夹角及该点到x 轴的距离．解析：(1)由题意，粒子刚进入磁场时应受到方向向上的洛伦兹力，因此磁场方向垂直于纸面向里．设粒子进入磁场中做圆周运动的半径为R ，根据洛伦兹力公式和圆周运动规律，有q v 0B ＝m v 20R①由此可得R ＝m v 0qB②粒子穿过y 轴正半轴离开磁场，其在磁场中做圆周运动的圆心在y 轴正半轴上，半径应满足R ≤h ③由题意，当磁感应强度大小为B m 时，粒子的运动半径最大，由此得B m ＝m v 0qh④ (2)若磁感应强度大小为B m2，粒子做圆周运动的圆心仍在y 轴正半轴上，由②④式可得，此时圆弧半径为R ′ ＝2h ⑤粒子会穿过图中P 点离开磁场，运动轨迹如图所示．设粒子在P 点的运动方向与x 轴正方向的夹角为α，由几何关系sin α＝h 2h ＝12⑥即α＝π6⑦由几何关系可得，P 点与x 轴的距离为 y ＝2h (1－cos α)⑧联立⑦⑧式得y ＝ (2－3)h ⑨ 答案：(1)磁场方向垂直于纸面向里 m v 0qh(2)π6(2－3)h带电粒子在匀强磁场中运动问题的解题流程[精选模拟]视角1：带电粒子在匀强磁场中运动的临界、极值问题1．(多选)如图所示，S 处有一电子源，可向纸面内任意方向发射电子，平板MN 垂直于纸面，在纸面内的长度L ＝9.1 cm ，中点O 与S 间的距离d ＝4.55 cm ，MN 与SO 直线的夹角为θ，板所在平面有电子源的一侧区域有方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B ＝2.0×10－4 T ，电子质量m ＝9.1×10－31kg ，电荷量e ＝1.6×10－19C ，不计电子重力，电子源发射速度v ＝1.6×106 m/s 的一个电子，该电子打在板上可能位置的区域的长度为l ，则( )A ．θ＝90°时，l ＝9.1 cmB ．θ＝60°时，l ＝9.1 cmC ．θ＝45°时，l ＝4.55 cmD ．θ＝30°时，l ＝4.55 cm解析：AD 电子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力：e v B ＝m v 2R ，R ＝m v Be＝4.55×10－2 m ＝4.55 cm ＝L2，θ＝90°时，击中板的范围如图甲，l ＝2R ＝9.1 cm ，选项A 正确；θ＝60°时，击中板的范围如图乙所示，l ＜2R ＝9.1 cm ，选项B 错误；θ＝30°，如图丙所示，l ＝R ＝4.55 cm ，当θ＝45°时，击中板的范围如图丁所示，l ＞R (R ＝4.55 cm)，故选项D 正确，选项C 错误．2.如图所示，竖直线MN ∥PQ ，MN 与PQ 间距离为a ，其间存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B ，O 是MN 上一点，O 处有一粒子源，某时刻放出大量速率均为v (方向均垂直磁场方向)、比荷一定的带负电粒子(粒子重力及粒子间的相互作用力不计)，已知沿图中与MN 成θ＝60°角射入的粒子恰好垂直PQ 射出磁场，则粒子在磁场中运动的最长时间为( )A.πa3v B ．23πa 3vC.4πa 3vD ．2πa v解析：C 当θ＝60°时，粒子的运动轨迹如图甲所示，则a ＝R sin 30°，即R ＝2a .设带电粒子在磁场中运动轨迹所对的圆心角为α，则其在磁场中运行的时间为t ＝α2πT ，即α越大，粒子在磁场中运行时间越长，α最大时粒子的运行轨迹恰好与磁场的右边界相切，如图乙所示，因R ＝2a ，此时圆心角αm 为120°，即最长运行时间为T 3，而T ＝2πR v ＝4πav ，所以粒子在磁场中运动的最长时间为4πa3v，C 正确．3．如图是某屏蔽高能粒子辐射的装置，铅盒左侧面中心O 有一放射源可通过铅盒右侧面的狭缝MQ 向外辐射α粒子，铅盒右侧有一左右边界平行的匀强磁场区域．过O 的截面MNPQ 位于垂直磁场的平面内，OH 垂直于MQ .已知∠MOH ＝∠QOH ＝53°.α粒子质量m ＝6.64×10－27kg ，电量q ＝3.20×10－19C ，速率v ＝1.28×107m/s ；磁场的磁感应强度B＝0.664 T ，方向垂直于纸面向里；粒子重力不计，忽略粒子间的相互作用及相对论效应，sin 53°＝0.80，cos 53°＝0.60.(1)求垂直于磁场边界向左射出磁场的粒子在磁场中运动的时间t ；(2)若所有粒子均不能从磁场右边界穿出，达到屏蔽作用，求磁场区域的最小宽度d . 解析：(1)粒子在磁场内做匀速圆周运动，则T ＝2πmqB垂直于磁场边界向左射出磁场的粒子在磁场中运动的时间为：t ＝T2代入数据解得：t ＝π32×10－6 s ≈9.81×10－8 s.(2)粒子在磁场中做匀速圆周运动，q v B ＝m v 2R沿OQ 方向进入磁场的粒子运动轨迹与磁场右边界相切，则所有粒子均不能从磁场的右边界射出，如图所示，由几何关系可得：d ＝R ＋R sin 53° 代入数据可得：d ＝0.72 m. 答案：(1)9.81×10－8 s (2)0.72 m视角2：带电粒子在匀强磁场中运动的多解问题4．(多选)长为l 的水平极板间有垂直纸面向里的匀强磁场，如图所示，磁感应强度为B ，板间距离也为l ，板不带电，现有质量为m 、电荷量为q 的带正电粒子(不计重力)，从左边极板间中点处垂直磁感线以速度v 水平射入磁场，欲使粒子不打在极板上，可采用的办法是( )A ．使粒子的速度v ＜Bql4mB ．使粒子的速度v ＞5Bql4mC ．使粒子的速度v ＞BqlmD ．使粒子的速度v 满足Bql 4m ＜v ＜5Bql4m解析：AB 带电粒子刚好打在极板右边缘，有r 21＝⎝⎛⎭⎫r 1－l 22＋l 2，又因r 1＝m v 1Bq ，解得v 1＝5Bql 4m ；粒子刚好打在极板左边缘，有r 2＝l 4＝m v 2Bq ，解得v 2＝Bql4m，故A 、B 正确．。

高考物理一轮总复习高考必考题突破讲座8 带电粒子在

高考必考题突破讲座8 带电粒子在有界磁场中的临界、极值问题1．如图所示，左右边界分别为PP ′、QQ ′的匀强磁场的宽度为d ，磁感应强度大小为B ，方向垂直于纸面向里，一个质量为m 、电荷量为q 的微观粒子，沿图示方向以速度v 0垂直射入磁场，欲使粒子不能从边界QQ ′射出，粒子入射速度v 0的最大值可能是( BC )A ．BqdmB ．＋2BqdmC ．－2BqdmD ．2Bqd2m解析：粒子射入磁场后做匀速圆周运动，由R ＝mv 0qB知，粒子的入射速度v 0越大，R 越大．当粒子的径迹和边界QQ ′相切时，粒子刚好不从QQ ′射出，此时其入射速度v 0应为最大．若粒子带正电，其运动轨迹如图甲所示(此时圆心为O 点)，容易看出R 1sin 45°＋d ＝R 1，将R 1＝mv 0qB代入得v 0＝＋2Bqdm，选项B 正确．若粒子带负电，其运动轨迹如图乙所示(此时圆心为O ′点)容易看出R 2cos 45°＋R 2＝d ，将R 2＝mv 0qB 代入得v 0＝2－2mBqd ，C 正确．2．(多选)(2016·四川卷)如图所示，S 处有一电子源，可向纸面内任意方向发射电子，平板MN 垂直于纸面，在纸面内的长度L ＝9.1 cm ，中点O 与S 间的距离d ＝4.55 cm ，MN 与SO 直线的夹角为θ，板所在平面有电子源的一侧区域有方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度B ＝2.0×10－4T ．电子质量m ＝9.1×10－31kg ，电荷量e ＝－1.6×10－19C ，不计电子重力．电子源发射速度v ＝1.6×106m/s 的一个电子，该电子打在板上可能位置的区域的长度为l ，则( AD )A ．θ＝90°时，l ＝9.1 cmB ．θ＝60°时，l ＝9.1 cmC ．θ＝45°时，l ＝4.55 cmD ．θ＝30°时，l ＝4.55 cm解析：如图所示，根据“用滚圆法求解磁场中粒子源射出粒子打在屏上范围”的模型，图中圆O 1、O 2均为半径为R 的圆，圆O 1分别交MN 及其延长线于P 、C 两点，SC 为圆O 1的直径，圆O 2与MN 相切于Q 点，∠SQN ＝α.若屏的大小无限制，则电子应当打在图中C 、Q 之间，而由于MN 长度的限制，电子只能打在N 、Q 之间．据题意，R ＝mv|e |B＝4.55 cm ，可见SO ＝NO ＝OM ＝O 2Q ＝R ，由几何知识可得2R sin αsin α＝R sin θ，则sin α＝12sin θ，l ＝NQ ＝NP ＋PQ ＝R (1－cos θ)＋2R sin αcos α＝(1－cos θ＋2sin θ＋sin 2θR ，分别将θ＝90°、60°、45°、30°代入公式即可确定，A 、D 项正确，B、C 项错误．3．如图所示，△ABC 为与匀强磁场垂直的边长为a 的等边三角形，比荷为e m的电子以速度v 0从A 点沿AB 边入射，欲使电子经过BC 边，磁感应强度B 的取值为( D )A ．B >2mv 0aeB ．B <2mv 0aeC ．B >3mv 0aeD ．B <3mv 0ae解析：由题意得，电子正好经过C 点，如图所示，此时圆周运动的半径R ＝a2cos 30°＝a3，要使电子从BC 边经过，电子做圆周运动的半径要大于a3，由带电粒子在磁场中运动的公式r ＝mv qB有a 3<mv 0eB，即B <3mv 0ae ，选D ．4．(多选)如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场分布在正方形abcd 区域内，O 点是cd 边的中点．一个带正电的粒子仅在磁场力的作用下，从O 点沿纸面以垂直于cd 边的速度射入正方形内，经过时间t 0后刚好从c 点射出磁场．现设法使该带电粒子从O 点沿纸面以与Od 成30°角的方向，以大小不同的速率射入正方形内，那么下列说法中正确的是( AC )A ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是53t 0，则它一定从cd 边射出磁场B ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是23t 0，则它一定从ad 边射出磁场C ．若该带电粒于在磁场中经历的时间是54t 0，则它一定从bc 边射出磁场D ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是t 0，则它一定从ab 边射出磁场解析：如图所示，作出刚好从ab 边射出的轨迹①、刚好从bc 边射出的轨迹②、从cd 边射出的轨迹③和刚好从ad 边射出的轨迹④.由从O 点沿纸面以垂直于cd 边的速度射入正方形内，经过时间t 0后刚好从c 点射出磁场可知，带电粒子在磁场中做圆周运动的周期是2t 0.可知，从ad 边射出磁场经历的时间一定小于13t 0；从ab 边射出磁场经历的时间一定大于等于13t 0，小于56t 0；从bc 边射出磁场经历的时间一定大于等于56t 0，小于43t 0；从cd 边射出磁场经历的时间一定是53t 0.5．(2016·四川宜宾质检)如图所示，在0≤x ≤a 、0≤y ≤a2范围内有垂直于xOy 平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，坐标原点O 处有一个粒子源．在某时刻发射大量质量为m 、电荷量为q 的带正电粒子，它们的速度大小相同，速度方向均在xOy 平面内，与y 轴正方向的夹角分布在0～90°范围内．已知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于a2到a 之间，从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一．求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时：(1)速度的大小：(2)速度方向与y 轴正方向夹角的正弦值.解析：设粒子的发射速度为v ，粒子做圆周运动的轨道半径为R ，由牛顿第二定律和洛伦兹力公式，得qvB ＝m v 2R解得R ＝mv qB ，当a2<R <a 时，在磁场中运动时间最长的粒子，其对应圆心角最大，其轨迹是圆心为C 的圆弧，圆弧与磁场的边界相切，如图所示．设粒子在磁场中运动的时间为t ，依题意．t ＝T 4，∠OCA ＝π2设最后离开磁场的粒子的发射方向与y 轴正方向的夹角为α，由几何关系可得R sin α＝R －a2R sin α＝a －R cos α又sin 2α＋cos 2α＝1 解得R ＝(2－62)a ，v ＝(2－62)aqB m ，sin α＝6－610. 答案：(1)(2－62)aqB m (2)6－610。

带电粒子在匀强磁场中运动的临界极值及多解问题

带电粒子在匀强磁场中运动的临界极值及多解问题带电粒子在匀强磁场中的临界问题可以通过“放缩法”解决。

当速度方向一定，大小不同时，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径随速度的变化而变化。

通过以入射点为定点，将半径放缩作轨迹，探索出临界条件。

另一种解决有界磁场中的临界问题的方法是“旋转法”。

当速度大小一定，方向不同时，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径相同。

圆心在以入射点为圆心、半径为mv/qB的圆上。

通过旋转圆心，将问题转化为无界磁场中的问题。

旋转法”是一种探索临界条件的方法，它通过让圆绕着入射点旋转来实现。

在一个真空室内，存在一个垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B=0.60 T。

在磁场内有一块平面感光板ab，板面与磁场方向平行。

距离ab为l=16cm处有一个点状的α粒子放射源S，它向各个方向发射速度为v=3.0×10m/s的α粒子。

已知α粒子的比荷为5.0×10C/kg，现只考虑在纸面内运动的α粒子，求ab板上被α粒子打中区域的长度。

解题思路是过S 点作ab的垂线，根据左侧最值相切和右侧最值相交计算。

由于带电粒子的电性不确定，可能带正电荷，也可能带负电荷。

在相同的初速度的条件下，正、负粒子在磁场中运动轨迹不同，导致形成多解。

在一个宽度为d的有界匀强磁场中，磁感应强度为B，MM′和NN′是磁场左右的两条边界线。

现有一质量为m、电荷量为q的带电粒子沿图示方向垂直磁场射入。

要使粒子不能从右边界NN′射出，需要求粒子入射速率的最大值。

由于粒子电性不确定，所以分成正、负粒子讨论，不从NN′射出的临界条件是轨迹与NN′相切。

题目描述：一个正方形的匀强磁场区域abcd，e是ad的中点，f是cd 的中点，如果在a点沿对角线方向以速度v射入一带负电的粒子，恰好从e点射出，则（）。

解题思路：根据题目描述，可以画出如下示意图：image.png](/upload/image_hosting/ed6v3v6v.png)由于粒子带负电，所以在磁场中会受到洛伦兹力的作用，从而偏转方向垂直于速度方向和磁场方向的方向。

人教版高二物理选修3-1 3.6带电粒子在匀强磁场中的运动--带电粒子在有界磁场中的临界极值问题 (共21张PPT)

正方形边界创新设计
【典例 3】(多选)如图示,垂直于纸面向里的匀强磁场分布在正方形 abcd 区域内,O 点是 cd 边的中点。一个带正电的粒子仅在磁场力作用下,从 O 点沿纸面以垂直于 cd 边的速度射入正方形内，经过时间 t0 后刚好从 c 点射出磁场。现设法使该带电粒子从 O 点沿纸面以与 Od 成 30°角的方向,以大小不同的速率射入正方形内,下列说法中正确的是( ) A.若该带电粒子在磁场中经历的时间是 5t0/3,则它一定从 cd 边射出磁场 B.若该带电粒子在磁场中经历的时间是 2t0/3,则它一定从 ad 边射出磁场 C.若该带电粒子在磁场中经历的时间是 5t0/4,则它一定从 bc 边射出磁场 D 若该带电粒子在磁场中经历的时间是 t0,则它一定从 ab 边射出磁场
v
O1
+q
v
粒子擦着上板从左边穿出时，圆
O2
心在O1点，有
r1
L 4
v2
r2
v
r2
qvBm r
O1
v1
qB1 m
rqBLv 4m
qBL 4m
+q
v
粒子擦着上板从右边穿出时，圆心在O2点，有
r22L2(rL 2)2
5L r2 4
v2
qB2r5qBL m 4m
5qBL v 4m
粒子不打在极板上可能从左端穿出，也可能从右端穿出，必须全面分析问题．
8-3 带电粒子在有界磁场中的临界极值问题多维探究
例1．在真空中宽ｄ的区域内有匀强磁场Ｂ，质量为
ｍ，电量为e，速率为ｖ的电子从边界ＣＤ外侧垂直
射入磁场，入射方向与ＣＤ夹角θ，为了使电子能从
磁场的另一侧边界ＥＦ射出，ｖ应满足的条件是：

(含答案)带电粒子在匀强磁场中运动的临界和极值问题

带电粒子在匀强磁场中运动的临界和极值问题一、基础知识1、临界问题的分析思路临界问题的分析对象是临界状态，临界状态就是指物理现象从一种状态变化成另一种状态的中间过程，这时存在着一个过渡的转折点，此转折点即为临界状态点．与临界状态相关的物理条件则称为临界条件，临界条件是解决临界问题的突破点．临界问题的一般解题模式为：(1)找出临界状态及临界条件；(2)总结临界点的规律；(3)解出临界量；(4)分析临界量列出公式．2、极值问题的分析思路所谓极值问题就是对题中所求的某个物理量最大值或最小值的分析或计算，求解的思路一般有以下两种：一是根据题给条件列出函数关系式进行分析、讨论；二是借助于几何图形进行直观分析．二、练习1、(2011·浙江·20)利用如图所示装置可以选择一定速度范围内的带电粒子．图中板MN 上方是磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向里的匀强磁场，板上有两条宽度分别为2d 和d 的缝，两缝近端相距为L .一群质量为m 、电荷量为q ，具有不同速度的粒子从宽度为2d 的缝垂直于板MN 进入磁场，对于能够从宽度为d 的缝射出的粒子，下列说法正确的是 ( )A ．粒子带正电B ．射出粒子的最大速度为qB (3d ＋L )2mC ．保持d 和L 不变，增大B ，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大D ．保持d 和B 不变，增大L ，射出粒子的最大速度与最小速度之差增大答案 BC解析利用左手定则可判定只有负电荷进入磁场时才向右偏，故选项A 错误．利用q v B＝m v 2r 知r ＝m v qB ，能射出的粒子满足L 2≤r ≤L ＋3d 2，因此对应射出粒子的最大速度v max ＝qBr max m ＝qB (3d ＋L )2m ，选项B 正确．v min ＝qBr min m ＝qBL 2m ，Δv ＝v max －v min ＝3qBd 2m ，由此式可判定选项C 正确，选项D 错误．2、两极板M 、N 相距为d ，板长为5d ，两板未带电，板间有垂直于纸面的匀强磁场，如图16所示，一大群电子沿平行于板的方向从各个位置以速度v 射入板间，为了使电子都不从板间穿出，磁感应强度B 的范围怎样？(设电子电荷量为e ，质量为m )答案 m v 13ed ≤B ≤2m v ed解析如图所示，靠近M 板进入磁场的电子刚好打到N 板右边缘，对应的磁感应强度有最小值B 1，设此时轨道半径为R 1，则有e v B 1＝m v 2R 1由几何关系得(R 1－d )2＋(5d )2＝R 21联立解得B 1＝m v 13ed靠近M 板进入磁场的电子刚好打到N 板左边缘，对应的磁感应强度有最大值B 2，此时轨道半径为R 2e v B 2＝m v 2R 2由几何关系得R 2＝d 2联立解得B 2＝2m v ed综上所述，磁感应强度B 的范围为m v 13ed ≤B ≤2m v ed3、如图所示，在第二象限和第四象限的正方形区域内分别存在着匀强磁场，磁感应强度均为B ，方向相反，且都垂直于xOy 平面．一电子由P (－d ，d )点，沿x 轴正方向射入磁场区域Ⅰ.(电子质量为m ，电荷量为e ，sin 53°＝45)(1)求电子能从第三象限射出的入射速度的范围．(2)若电子从(0，d 2)位置射出，求电子在磁场Ⅰ中运动的时间t . (3)求第(2)问中电子离开磁场Ⅱ时的位置坐标．解析 (1)电子能从第三象限射出的临界轨迹如图甲所示．电子偏转半径范围为d 2<r <d 由e v B ＝m v 2r 得v ＝eBr m故电子入射速度的范围为eBd 2m <v <eBd m. (2)电子从(0，d 2)位置射出的运动轨迹如图乙所示．设电子在磁场中运动的轨道半径为R ，则R 2＝(R －d 2)2＋d 2解得R ＝5d 4由几何关系得∠PHM ＝53°由e v B ＝mR (2πT )2解得T ＝2πm eB则t ＝2πm eB ×53°360°＝53πm180eB .(3)如图乙所示，根据几何知识，带电粒子在射出磁场区域Ⅰ时与水平方向的夹角为53°，则在磁场区域Ⅱ位置N 点的横坐标为3d 8由△NBH ′可解得NB 的长度等于d ，则QA ＝d －5d 8由勾股定理得H ′A ＝918d ，H ′B ＝R cos 53°＝3d4 所以电子离开磁场Ⅱ的位置坐标为(d ，34d －918d )．答案 (1)eBd 2m <v <eBd m (2)53πm180eB(3)(d ，34d －918d )。

2023届高考物理一轮复习讲义：带电粒子在磁场中运动的临界极值问题

磁场复习资料之7（共10个）七、带电粒子在磁场中运动的临界极值问题由于边界条件的限制，使带电粒子的运动出现临界问题。

如图中轨迹①是粒子能否从ab 边射出的临界条件；轨迹②是粒子能否从ab 边或cd 边射出的临界条件。

关注题目中的“恰好”“最大”“最高”“至少”等关键词语，作为解题的切入点。

例1.如图所示，太极图由“阴鱼”和“阳鱼”构成，其边界是以O 为圆心R 为半径的圆，内部由以O 1和O 2为圆心等半径的两个半圆分割成上下两部分，其中上部分为“阳鱼”，下部分为“阴鱼”，“阳鱼”中有垂直纸面向外的匀强磁场。

Q 为太极图边缘上一点，且O 1、O 2、O 、Q 四点共线。

一电量为＋q ，质量为m 的带电粒子，在Q 点以大小v 的速度指向圆心O 射入“阳鱼”区域，若带电粒子在“太极图”运动过程中没有进入“阴鱼”区域，带电粒子重力不计。

则磁感应强度的最小值为( )A.m v RqB.m v 2RqC.m v 3RqD.m v 4Rq例2.(多选)如图所示，直角三角形边界ABC 内存在垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B ，AC 长为2L ，AB 长为L 。

从AC 的中点D 连续发射不同速率的相同粒子，方向与AC 垂直，粒子带正电，电荷量为q ，质量为m ，不计粒子重力与粒子间的相互作用，下列判断正确的是( )A ．以不同速率入射的粒子在磁场中运动的时间一定不等B ．BC 边上有粒子出射的区域长度不超过33L C ．AB 边上有粒子出射的区域长度为(3－1)LD ．从AB 边出射的粒子在磁场中的运动时间最短为πm 6qB例题参考答案： ①粒子刚好穿出磁场边界的条件是运动轨迹与边界相切。

②当速度v 一定时，弧长越长、圆心角越大，粒子在有界磁场中运动的时间越长。

③当速度变化时，圆心角越大，对应的运动时间越长。

④解题方法：动态思维，找临界轨迹，确定临界点。

（如例1）例1.选B解析：由缩放圆知，若使带电粒子没进入“阴鱼”区域，则带电粒子在磁场中运动轨迹如图，轨迹与圆O 1相切时粒子达到最大半径，此时磁感应强度最小，设粒子做圆周运动的轨迹半径为r ，由几何关系可得解得r ＝2R ，由牛顿第二定律可得qvB ＝m v 2r ，联立解得B ＝mv 2Rq ，故选B 。

高考物理一轮复习课件：第九单元带电粒子在有界匀强磁场中的临界极值问题

其临界条件是判断轨迹可能与哪条边相切，进而判定出射点的可能位置。
[例 3] 如图，A、C 两点分别位于 x 轴和 y 轴上，∠OCA＝30°，OA 的长度为 L。在△OCA 区域内有垂直于 xOy 平面向里的匀强磁场。质量为 m、电荷量为 q 的带正电粒子，以平行于 y 轴的方向从 OA 边射入磁场。已知粒子从某点入射时，恰好垂直于 OC 边射出磁场，且粒子在磁场中运动的时间为 t0。不计重力。
运动，所以速度将增加，而负粒子在匀强磁场中做匀速圆周
运动，速度大小不变，且两种粒子的比荷虽然相等，但质量
大小情况不明，所以两种粒子离开矩形区域时动能不相等，
所以选项 D 错误。
[答案] C
[名师指津] 本题的难点和关键是理清带电粒子分别在匀强电场和匀强磁场中运动的特点，选择相应的运动规律进行解题。
此时有∠OO′D＝∠BO′A＝30°
⑦
r0cos∠OO′D＋cos ∠rB0 O′A＝L
⑧
设粒子此次入射速度的大小为 v0，由圆周运动规律 v0＝2πTr0 ⑨
联立①⑦⑧⑨式得 v0＝ 73tπ0L。
⑩
[答案]
πm (1)2qt0
(2)2t0
3πL (3) 7t0
[名师指津] 第(2)问是本题的难点，关键是正确画出粒子两次不同的轨迹且找出二者轨迹对应的圆心角的关系。
[跟进训练]
3．[多选] 如图所示，成 30°角的直线 OA、OB
间(含 OA、OB 线上)有一垂直纸面向里的匀强
磁场，OA 边界上的 S 点有一电子源，在纸面
内向各个方向均匀发射速率相同的电子，电子
在磁场中运动的半径为 r、周期为 T。已知从
OB 边界射出的电子在磁场中运动的最短时间

2019届高三物理一轮知识专题复习卷：带电粒子在匀强磁场中运动的临界极值问题

带电粒子在匀强磁场中运动的临界极值问题1. 如图所示，圆形区域半径为R ，区域内有一垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度的大小为B ，P 为磁场边界上的最低点。

大量质量为m 、电荷量大小为q 的带负电粒子，以相同的速率从P 点射入磁场区域，速度方向沿位于纸面内的各个方向。

粒子的轨道半径为2R ，A 、C 为圆形区域水平直径的两个端点，粒子重力不计，空气阻力不计，则( )A ．粒子射入磁场的速率为v ＝2RqB mB ．粒子在磁场中运动的最长时间为t ＝πm 3qBC ．不可能有粒子从C 点射出磁场D ．若粒子的速率可以变化，则可能有粒子从A 点水平射出【答案】ABD2. 在xOy 平面上以O 为圆心、半径为r 的圆形区域内，存在磁感应强度为B 的匀强磁场，磁场方向垂直于xOy 平面．一个质量为m 、电荷量为q 的带电粒子，从原点O 以初速度v 沿y 轴正方向开始运动，经时间t 后经过x 轴上的P 点，此时速度与x 轴正方向成θ角，如图8－2－24所示．不计重力的影响，则下列关系一定成立的是( )．A ．若r <2mv qB ，则0°<θ<90° B ．若r ≥2mv qB ，则t ≥πm qBC ．若t ＝πm qB ，则r ＝2mv qBD ．若r ＝2mv qB ，则t ＝πm qB【答案】 AD3.如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场分布在正方形abcd 区域内，O 点是cd 边的中点。

一个带正电的粒子仅在磁场力的作用下，从O 点沿纸面以垂直于cd 边的速度射入正方形内，经过时间t 0后刚好从c 点射出磁场。

现设法使该带电粒子从O 点沿纸面以与Od 成30°角的方向，以大小不同的速率射入正方形内，下列说法中正确的是( )A ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是53t 0，则它一定从cd 边射出磁场 B ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是23t 0，则它一定从ad 边射出磁场 C ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是54t 0，则它一定从bc 边射出磁场 D ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是t 0，则它一定从ab 边射出磁场【答案】 AC4. 如图所示，真空室内存在匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，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 的距离l ＝16 cm 处，有一个点状的α放射源S ，它向各个方向发射α粒子，α粒子的速率都是v ＝3.0×106 m/s 。

高考物理一轮复习培优计划高考必考题突破讲座(9)带电粒子在有界磁场中的临界、极值问题突破训练

高考必考题突破讲座(九) 带电粒子在有界磁场中的临界、极值问题1如图所示圆形区域内，有垂直于纸面方向的匀强磁场．一束质量和电荷量都相同的带电粒子，以不同的速率，沿着相同的方向，对准圆心O 射入匀强磁场，又都从该磁场中射出．这些粒子在磁场中的运动时间有的较长，有的较短．若带电粒子在磁场中只受磁场力的作用，则在磁场中运动的带电粒子( D )A ．速率越大的运动时间越长B ．运动时间越长的周期越大C ．速率越小的速度方向变化的角度越小D ．运动时间越长的半径越小2．如图所示，半径为R 的圆是一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 、质量为m 的负离子沿平行于直径ab 的方向射入磁场区域，射入点与ab 的距离为R2.已知离子射出磁场与射入磁场时运动方向间的夹角为60°，则离子的速率为(不计重力)( D )A ．qBR 2mB ．qBR m C ．3qBR 2mD ．2qBR m解析设带负电离子在匀强磁场中运动轨迹的半径为r ，速率为v .根据题述，带负电离子射出磁场与射入磁场时速度方向之间的夹角为60°，可知带电离子运动轨迹所对的圆心角为60°，r sin30°＝R .如图所示．由qvB ＝m v 2r ，解得v ＝2qBRm，选项D 正确．3．如图所示，边界OA 与OC 之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场，边界OA 上有一粒子源S .某一时刻，从S 平行于纸面向各个方向以某一速率发射出大量比荷为q m的同种正电粒子，经过一段时间有大量粒子从边界OC 射出磁场，已知磁场的磁感应强度大小为B ，∠AOC ＝60°，O 、S 两点间的距离为L ，从OC 边界射出的粒子在磁场中运动的最短时间t ＝2πm 3qB ，忽略重力的影响和粒子间的相互作用，则粒子的速率为( A )A ．qBL 2mB ．qBL mC ．3qBL2mD ．3qBLm解析由于粒子速率一定，带电粒子在磁场中运动时间最短时，轨迹所对应弦长最短，即弦长d ＝L sin60°＝32L ，由最短时间t ＝2πm 3qB知粒子运动轨迹所对应圆心角为120°，由几何关系知R sin60°＝12d ，由洛伦兹力提供向心力，得qvB ＝m v 2R ，解得v ＝qBL2m ，选项A 正确．4．空间有一圆柱形匀强磁场区域，O 为圆心，磁场方向垂直于纸面向外．一带正电的粒子从A 点沿图示箭头方向以速率v 射入磁场，θ＝30°，粒子在纸面内运动，经过时间t 离开磁场时速度方向与半径OA 垂直．不计粒子重力．若粒子速率变为v2，其他条件不变，粒子在圆柱形磁场中运动的时间为( C )A ．t2 B ．t C ．3t 2D ．2t解析粒子以速度v 进入磁场时，根据几何关系，四边形AOBO ′为菱形，O 、O ′分别在两圆的圆周上，如图所示．粒子在磁场中运动的圆心角为∠AO ′B ＝2π3；粒子以速度v2进入磁场时，根据几何关系，粒子在磁场中运动的圆心角为π，两次粒子做圆周运动的周期相同，运动时间之比就等于圆心角之比，所以第二次粒子在磁场运动时间为32t .故选项C 正确．5．(2017·全国卷Ⅰ)如图，空间某区域存在匀强电场和匀强磁场，电场方向竖直向上(与纸面平行)，磁场方向垂且于纸面向里．三个带正电的微粒a 、b 、c 电荷量相等，质量分别为m a 、m b 、m c .已知在该区域内，a 在纸面内做匀速圆周运动，b 在纸面内向右做匀速直线运动，c 在纸面内向左做匀速直线运动．下列选项正确的是( B )A ．m a >m b >m cB ．m b >m a >m cC ．m c >m a >m bD ．m c >m b >m a解析该空间区域为匀强电场、匀强磁场和重力场的叠加场，a 在纸面内做匀速圆周运动，可知其重力与所受到的电场力平衡，洛伦兹力提供其做匀速圆周运动的向心力，有m a g ＝qE ，解得m a ＝qEg.b 在纸面内向右做匀速直线运动，由左手定则可判断出其所受洛伦兹力方向竖直向上，可知m b g ＝qE ＋qv b B ，解得m b ＝qE g ＋qv b Bg.c 在纸面内向左做匀速直线运动，由左手定则可判断出其所受洛伦兹力方向竖直向下，可知m c g ＋qv c B ＝qE ，解得m c ＝qE g －qv c Bg.综上所述，可知m b >m a >m c ，选项B 正确．6．(2017·全国卷Ⅱ)如图，虚线所示的圆形区域内存在一垂直于纸面的匀强磁场，P 为磁场边界上的一点．大量相同的带电粒子以相同的速率经过P 点，在纸面内沿不同方向射入磁场．若粒子射入速率为v 1，这些粒子在磁场边界的出射点分布在六分之一圆周上；若粒子射入速率为v 2，相应的出射点分布在三分之一圆周上．不计重力及带电粒子之间的相互作用．则v 2：v 1为( C )A ．3∶2B ．2∶1C ．3∶1D ．3∶ 2解析由于是相同的粒子，粒子进入磁场时的速度大小相同，由qvB＝m v 2R 可知，R ＝mvqB，即粒子在磁场中做圆周运动的半径相同．若粒子运动的速度大小为v 1，如图所示，通过旋转圆可知，当粒子的磁场出射点A 离P 点最远时，则AP ＝2R 1；同样，若粒子运动的速度大小为v 2，粒子的磁场出射点B 离P 点最远时，则BP ＝2R 2，由几何关系可知，R 1＝R 2，R 2＝R cos 30°＝32R ，则v 2v 1＝R 2R 1＝3，故选项C 正确．7．如图所示，在0≤x ≤a 、0≤y ≤a2范围内有垂直于xOy 平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，坐标原点O 处有一个粒子源．在某时刻发射大量质量为m 、电荷量为q 的带正电粒子，它们的速度大小相同，速度方向均在xOy 平面内，与y 轴正方向的夹角分布在0～90°范围内．已知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于a2到a 之间，从发射粒子到粒子全部离开磁场经历的时间恰好为粒子在磁场中做圆周运动周期的四分之一．求最后离开磁场的粒子从粒子源射出时：(1)速度的大小；(2)速度方向与y 轴正方向夹角的正弦值.解析设粒子的发射速度为v ，粒子做圆周运动的轨道半径为R ，由牛顿第二定律和洛伦兹力公式，得qvB ＝m v 2R．解得R ＝mv qB ，当a2<R <a 时，在磁场中运动时间最长的粒子，其对应圆心角最大，其轨迹是圆心为C 的圆弧，圆弧与磁场的边界相切，如图所示．设粒子在磁场中运动的时间为t ，依题意．t ＝T 4，∠OCA ＝π2，设最后离开磁场的粒子的发射方向与y 轴正方向的夹角为α，由几何关系可得R sin α＝R －a2，R sin α＝a －R cos α，又sin 2α＋cos 2α＝1，解得R ＝(2－62)a ，v ＝(2－62)aqB m ，sin α＝6－610．答案 (1)(2－62)aqB m (2)6－610。