磁场——旋转动态圆(供参考)
2024年高考物理热点磁场中的旋转圆、放缩圆、平移圆、磁聚焦模型(解析版)
磁场中的旋转圆、放缩圆、平移圆、磁聚焦模型1.高考命题中，带电粒子在有界磁场中的运动问题，常常涉及到临界问题或多解问题，粒子运动轨迹和磁场边界相切经常是临界条件。
带电粒子的入射速度大小不变，方向变化，轨迹圆相交与一点形成旋转圆。
带电粒子的入射速度方向不变，大小变化，轨迹圆相切与一点形成放缩圆。
2.圆形边界的磁场，如果带电粒子做圆周运动的半径如果等于磁场圆的半径，经常创设磁聚焦和磁发散模型。
一、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，再根据几何关系求出半径及圆心角等(4)在圆形匀强磁场中，当运动轨远圆半径大于区域圆半径时，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)。
二、“放缩圆”模型的应用适用条件速度方向一定，大小不同粒子源发射速度方向一定，大小不同的带电粒子进入匀强磁场时，这些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轨迹圆圆心共线如图所示(图中只画出粒子带正电的情景)，速度v 越大，运动半径也越大。
可以发现这些带电粒子射入磁场后，它们运动轨迹的圆心在垂直初速度方向的直线PP ′上界定方法以入射点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”法三、“旋转圆”模型的应用适用条件速度大小一定，方向不同粒子源发射速度大小一定、方向不同的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v 0，则圆周运动半径为R =mv 0qB。
如图所示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 为圆心、半径R =mv 0qB的圆上界定方法将一半径为R =mv 0qB的圆以入射点为圆心进行旋转，从而探索粒子的临界条件，这种方法称为“旋转圆”法四、“平移圆”模型的应用适用条件速度大小一定，方向一定，但入射点在同一直线上粒子源发射速度大小、方向一定，入射点不同，但在同一直线的带电粒子进入匀强磁场时，它们做匀速圆周运动的半径相同，若入射速度大小为v 0，则半径R =mv 0qB，如图所示轨迹圆圆心共线带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的圆心在同一直线上，该直线与入射点的连线平行界定方法将半径为R =mv 0qB的圆进行平移，从而探索粒子的临界条件，这种方法叫“平移圆”法五、“磁聚焦”模型1．带电粒子的会聚如图甲所示，大量的同种带正电的粒子，速度大小相同，平行入射到圆形磁场区域，如果轨迹圆半径与磁场圆半径相等(R =r )，则所有的带电粒子将从磁场圆的最低点B 点射出．(会聚)证明：四边形OAO ′B 为菱形，必是平行四边形，对边平行，OB 必平行于AO ′(即竖直方向)，可知从A 点发出的带电粒子必然经过B 点．2．带电粒子的发散如图乙所示，有界圆形磁场的磁感应强度为B ，圆心为O ，从P 点有大量质量为m 、电荷量为q 的正粒子，以大小相等的速度v 沿不同方向射入有界磁场，不计粒子的重力，如果正粒子轨迹圆半径与有界圆形磁场半径相等，则所有粒子射出磁场的方向平行．(发散)证明：所有粒子运动轨迹的圆心与有界圆圆心O 、入射点、出射点的连线为菱形，也是平行四边形，O 1A (O 2B 、O 3C )均平行于PO ，即出射速度方向相同(即水平方向)．(建议用时：60分钟)一、单选题1地磁场能抵御宇宙射线的侵入，赤道剖面外地磁场可简化为包围地球一定厚度的匀强磁场，方向垂直该部面，如图所示，O为地球球心、R为地球半径，假设地磁场只分布在半径为R和2R的两边界之间的圆环区域内(边界上有磁场)，磷的应强度大小均为B，方向垂直纸面向外。
带电粒子在磁场中的运动动态圆法课件
带电粒子在磁场中的运动方程
牛顿第二定律
带电粒子在磁场中受到的洛伦兹力作用，可以将其视为惯性力，根据牛顿第二 定律建立运动方程。
运动方程形式
带电粒子的运动方程为 $frac{dvec{v}}{dt} = qvec{v} times vec{B}$，其中 $vec{v}$ 是带电粒子的速度，$q$ 是带电粒子的电荷量，$vec{B}$ 是磁感应强 度。
06 总结与展望
本课程内容的总结
动态圆法的基本原理
本课程介绍了动态圆法的基本原理，包括磁场对带电粒子的作用力和运动轨迹的影响，以 及动态圆法在解决实际问题中的应用。
动态圆法的应用实例
通过具体的应用实例，如回旋加速器、磁约束核聚变等，详细阐述了动态圆法的实际应用 和效果。
课程内容的局限性和改进方向
03 动态圆法的基本原理
动态圆法的定义和概念
动态圆法是一种分析带电粒子在磁场中运动的数学方法，通过建立动态圆模型来描 述粒子运动的轨迹。
动态圆模型将粒子运动的轨迹描述为一个动态圆，其中圆心为粒子的运动中心，半 径为粒子运动的轨迹半径。
动态圆法通过分析动态圆的运动状态和变化规律，来研究带电粒子在磁场中的运动 特性。
指出了本课程内容存在的局限性，如对复杂磁场和粒子初始条件的考虑不足，并提出了可 能的改进方向。
对未来研究和应用的展望
01
深入研究磁场和粒子的相互作用机制
随着科学技术的发展，对磁场和带电粒子相互作用机制的研究将更加深
入，有望发现新的物理现象和规律。
02
动态圆法在新型技术领域的应用
动态圆法作为一种有效的物理分析方法，有望在新型技术领域如磁悬浮、
详细描述
通过动态圆法，可以观察到带电粒子在磁场中做椭圆运动时，其运动轨迹是一个椭圆。随着磁感应强度的变化， 椭圆的形状和大小也会发生变化。同时，粒子的运动具有周期性，即每隔一定的时间，粒子会回到相同的运动状 态。
磁场中的动态圆问题分析(供参考)
摘要：磁场中动态圆问题是高中物理的难点，圆轨迹的转变规律的确信是难中之难，本文就动态圆问题进行总结归类，分确信入射点和速度大小，不确信速度方向；确信入射点和速度方向，不确信速度大小；确信入射速度，不确信入射点三种模型进行归类总结，旨在为以后的解题提供帮忙。
关键词：磁场；动态圆；带电粒子带电粒子在磁场中的动态圆问题是近几年高考的热点。
这种题目的难点在于带电粒子在磁场中运动轨迹的圆心在转变。
解这种题目的关键是准确找出符合题意的临界轨迹圆弧，大体方式是找圆心、画圆、求半径、按时刻。
下面分几种模型进行论述：模型一：确信入射点和速度大小,不确信速度方向如下图，磁场中P点有带正电粒子，以相等速度V沿各个方向射入磁场中。
1.找圆心方式以P点为圆心，R长为半径画圆，圆周上各点即为所求圆心O。
2.模型特点(1)各动态圆圆心轨迹为圆。
(2)各动态圆均相交于同一点P。
(3)在纸面内，各粒子所能打到的区域是以2R为半径的圆(包络面)。
(4)各动态圆周期T相同。
3.例题分析(1)如图，在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于纸面向里。
许多质量为m、带电量为+q的粒子以相同的速度v沿位于纸面内的各个方向，由小孔O射入磁场区域。
不计重力，不计粒子间的彼此阻碍。
以下图中阴影部份表示带电粒子可能通过的区域，其中哪个图是正确的（）。
解：如下图，圆心轨迹是以O为圆心，半径为R的一个圆弧，右边界是沿ON 方向出射的粒子轨迹包围的部份，左侧界是2R为半径的圆的包络线，因此正确答案是A。
模型二：确信入射点和速度方向,不确信速度大小如下图，磁场中P点，不同速度的带正电的粒子沿水平方向射出。
1.找圆心方式带电粒子射入磁场的方向不变，大小转变，那么所有粒子运动轨迹的圆心都在垂直于初速度的直线上。
2.模型特点(1)各动态圆圆心轨迹为直线。
(2)各动态圆的半径R不同。
(3)各动态圆均相交于同一点P。
(4)各动态圆周期T相同。
带电粒子在磁场中的运动动态圆法课件
探索动态圆法与其他物理方法的结合， 以解决更复杂、更广泛的物理问题。
开发基于动态圆法的计算机模拟软件， 为实验研究和工程应用提供更准确、更
便捷的工具。
THANKS
感谢观看
稳定性
动态圆在磁场中的运动是稳定的 ，只要洛伦兹力与向心力平衡， 带电粒子就会做稳定的圆周运动 。
05
动态圆法在物理实验中的应用
实验原理和步骤
• 实验原理：动态圆法是一种通过观察带电粒子在磁场中的运动 轨迹来研究磁场特性的实验方法。通过改变磁场强度或粒子速 度，可以观察到轨迹圆半径的变化，从而得到磁场与粒子运动 之间的关系。
课程目标和意义
掌握动态圆法的基本原理和计算 方法，能够运用动态圆法解决实
际问题。
理解带电粒子在磁场中运动的物 理机制，提高对电磁学原理的理
解和应用能力。
通过学习动态圆法，培养学生的 逻辑思维和数学分析能力，为进 一步学习物理学和相关领域打下
基础。
02
带电粒子在磁场中的基本性质
电荷在磁场中的受力
在等离子体物理实验中，动态圆法也 被用来研究等离子体的特性和行为。
在粒子加速器、回旋加速器、核聚变 装置等实验设备中，需要利用动态圆 法来研究带电粒子的运动轨迹和行为。
04
带电粒子在磁场中的动态圆运动
动态圆在磁场中的受力分析
洛伦兹力
带电粒子在磁场中受到的力称为洛伦兹力，其方向由左手定则确定，大小为$F = qvBsintheta$，其中$q$是带电粒子的电荷量，$v$是速度，$B$是磁感应 强度，$theta$是速度与磁感应强度的夹角。
实验结果和结论
实验结果
通过动态圆法实验，可以观察到带电粒子在磁场中的运动轨迹呈现圆形，并且随着磁场强度的增加或粒子速度的 减小，轨迹圆的半径逐渐减小。实验结果与理论值基本一致。
用“动态圆”模型分析带电粒子在匀强磁场中的运动
B A
A
A AA
C v
D
v
v
vv
B AA
C vv
R D
练习3．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=3×10-7 kg、电荷量q=+2×10－3C的带电粒子 以速度v=5×l02m/s沿垂直ad方向且垂直于磁场射人磁场区域， 则( ) A．从Od边射人的粒子，出射点全部分布在Oa边 B．从aO边射人的粒子，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Oa边和ab边 D．从aO边射人的粒子，出射点分布在ab边和bc边
B
Q
E
A
P
F
练习1.如图，一端无限伸长的矩形区域abcd内存在着磁感应
强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场。从边ad中点
O射入一速率v0、方向与Od夹角θ=30º的正电粒子，粒子质量 为m，重力不计，带电量为q，已知ad=L。
（1）要使粒子能从ab边射出磁场，求v0的取值范围。 （2）从ab边射出的粒子在磁场中运动时间t 的范围。
B
A.
2R B. 2R
O M 2R R N
O M R 2R
N M
O
N
C.
D.
2R
O
O
R
M 2R 2Ro
N
练习2．如图，电子源S能在图示纸面360°范围内发射速率相
同的电子（质量为m，电量为e），M、N是足够大的竖直挡板，
与S的水平距离OS＝L，挡板左侧是垂直纸面向里，磁感应强
用“动态圆”模型分析带电粒子在匀强 磁场中的运动
专题十五 磁场中的动态圆模型
第十一章 磁 场专题十五 磁场中的动态圆模型核心考点五年考情命题分析预测“平移圆”模型本专题内容为解决带电粒子在有界磁场中运动的模型归纳，单独考查的可能性不大，但在解决大量带电粒子在磁场中的运动问题时，会使解题更加方便快捷.预计2025年高考可能会通过与带电粒子在磁场中做圆周运动有关的现代科技，考查带电粒子在有界匀强磁场中运动的临界与极值问题.“旋转圆”模型“放缩圆”模型2020：全国ⅠT18 “磁聚焦”与 “磁发散”模型 2021：湖南T13题型1 “平移圆”模型适用条件同种带电粒子速度大小相等、方向相同，入射点不同但在同一直线上.粒子进入匀强磁场时，它们做匀速圆周运动的半径相同，若入射速度大小为v 0，则圆周运动半径r＝mv0qB ，如图所示（图中只画出了粒子带负电的情境）轨迹圆圆心共线 带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹圆圆心在同一直线上，该直线与入射点的连线平行界定方法 将半径为r ＝mv 0qB的圆进行平移，从而探索粒子运动的临界条件垂直于磁场边界不断地发射速度相同的同种带电粒子，不考虑粒子间的相互作用，则粒子经过磁场的区域（阴影部分）可能是（ C ）解析带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，如图所示，粒子源最左端发射的粒子落在A 点，最右端发射的粒子落在B点，故选C.题型2“旋转圆”模型适用条件同种带电粒子速度大小相等，方向不同.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，圆周转向相同，圆心位置不同，轨迹不同.若粒子射入磁场时的速度为v0，则粒子做圆周运动的轨迹半径为R＝mv0qB，如图所示（图中只画出粒子带正电的情境）轨迹圆圆心共圆如图.带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹圆的圆心在以入射点为圆心、半径R＝mv0qB的圆上界定方法将半径为R＝mv0qB的圆以带电粒子入射点为定点进行旋转，从而探索粒子运动的临界条件，这种方法称为“旋转圆”法2.[2023四川德阳期末]如图所示，竖直平行线MN、PQ间距离为a，其间存在垂直纸面向里的匀强磁场（含边界PQ），磁感应强度大小为B，MN上O处的粒子源能沿不同方向释放速度大小相等、方向均垂直磁场的带负电粒子，已知粒子的电荷量为q，质量为m.粒子间的相互作用及重力不计，其中沿θ＝60°射入的粒子，恰好垂直PQ射出，则（D）A.粒子在磁场中做圆周运动的半径为√3aB.粒子的速率为aqBmC.沿θ＝60°射入的粒子，在磁场中的运动时间为πm3qBD.PQ边界上有粒子射出的长度为2√3a解析粒子沿θ＝60°射入时，恰好垂直PQ射出，则粒子在磁场中转过30°，如图甲所示，由几何关系有Rsin30°＝a，解得R＝2a，由洛伦兹力提供向心力有qvB＝m v2R，则v＝2aqBm，故AB错误.沿θ＝60°射入的粒子，在磁场中的运动时间为t＝30°360°T＝112×2πRv＝πR 6v ＝πm6qB，故C错误.如图乙所示，θ＝0°时，粒子从PQ上离开磁场的位置与B点的距离为√3a，当θ增大时，粒子从PQ上离开磁场的位置下移，直到粒子运动轨迹与PQ相切；θ继续增大，则粒子不能从PQ边界射出；粒子运动轨迹与PQ相切时，由半径R＝2a 可知，粒子转过的角度为60°，所以出射点在PQ上O点的水平线下方√3a处；所以PQ 边界上有粒子射出的长度为2√3a，故D正确.题型3“放缩圆”模型适用条件同种带电粒子速度方向相同，大小不同.粒子进入匀强磁场时，这些带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径随速度大小的变化而变化轨迹圆圆心共线如图所示（图中只画出粒子带正电的情境），速度v越大，运动半径越大.带电粒子沿同一方向射入磁场后，它们运动轨迹的圆心在垂直入射速度方向的直线PP'上界定方法以入射点P为定点，圆心位于直线PP'上，将半径放缩确定运动轨迹，从而探索出粒子运动的临界条件，这种方法称为“放缩圆”法3.真空中有一匀强磁场，磁场边界为两个半径分别为a和3a的同轴圆柱面，磁场的方向与圆柱轴线平行，其横截面如图所示.一速率为v的电子从圆心沿半径方向进入磁场.已知电子质量为m，电荷量为e，忽略重力.为使该电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内，磁场的磁感应强度最小为（C）A.3mv2ae B.mvaeC.3mv4aeD.3mv5ae解析为使电子的运动被限制在图中实线圆围成的区域内，电子进入匀强磁场中做匀速圆周运动的半径最大时轨迹如图所示，设其轨迹半径为r，轨迹圆圆心为M，磁场的磁感应强度最小为B ，由几何关系有√r 2＋a 2＋r ＝3a ，解得r ＝43a ，电子在匀强磁场中做匀速圆周运动有evB ＝m v 2r，解得B ＝3mv 4ae，选项C 正确.题型4 “磁聚焦”与“磁发散”模型原理图像证明磁聚焦如图甲所示，大量同种带正电的粒子，速度大小相同，平行入射到圆形磁场区域，不计粒子的重力及粒子间的相互作用，如果轨迹圆半径与磁场圆半径相等（R ＝r ），则所有的带电粒子将从磁场圆的最低点B 点射出图甲四边形OAO'B 为菱形，是特殊的平行四边形，对边平行，OB 必平行于AO'（即竖直方向），可知从A 点入射的带电粒子必然经过B 点磁发散如图乙所示，有界圆形磁场的磁感应强度为B ，圆心为O ，P 点有大量质量为m 、电荷量为q 的带正电粒子，以大小相等的速度v 沿不同方向射入有界磁场，不计粒子的重力及粒子间的相互作用，如果带正电粒子轨迹圆半径与有界圆形磁场半径相等，则所有粒子射出磁场的方向平行图乙所有粒子运动轨迹的圆心与磁场圆圆心O 、入射点、出射点的连线为菱形，也是特殊的平行四边形，O 1A 、O 2B 、O 3C 均平行且等于PO ，即出射速度方向相同（均沿水平方向）4.如图所示，半径为R 的14圆形区域内存在着垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B ，磁场的左边垂直x 轴放置一线形粒子发射装置，能在0≤y ≤R 的区间内各处沿x 轴正方向同时发射出速度相同、带正电的同种粒子，粒子质量为m 、电荷量为q ，不计粒子的重力及粒子间的相互作用力，若某时刻粒子被装置发射出后，经过磁场偏转击中y 轴上的同一位置，则下列说法中正确的是（ D ）A.粒子都击中O 点处B.粒子的初速度为BqR2mC.粒子在磁场中运动的最长时间为πm qBD.粒子到达y 轴上的最大时间差为πm2qB－m qB解析 由题意，某时刻发出的粒子都击中y 轴上一点，由最高点射出的粒子只能击中（0，R ），可知击中的同一点就是（0，R ），A 错误；从最低点射入的粒子也击中（0，R ），由几何关系可知粒子做匀速圆周运动的半径为R ，由洛伦兹力提供向心力得qvB ＝m v 2R ，则速度v ＝BqR m，B 错误；偏转角最大的粒子在磁场中的运动时间最长，显然从最低点射入的粒子偏转角最大，为90°，故其在磁场中的运动时间最长，时间t ＝14T ＝14×2πm qB＝πm2qB ，C错误；从最高点直接射向（0，R ）的粒子到达y 轴的时间最短，则最长与最短的时间差为Δt ＝t －R v＝πm2qB－mqB，D 正确.1.如图所示为边长为L 的正方形有界匀强磁场ABCD ，带电粒子从A 点沿AB 方向射入磁场，恰好从C 点飞出磁场；若带电粒子以相同的速度从AD 的中点P 垂直AD 射入磁场，则从DC 边的M 点飞出磁场（M 点未画出）.设粒子从A 点运动到C 点所用的时间为t 1，从P 点运动到M 点所用的时间为t2.带电粒子重力不计，则t 1∶t 2为（ C ）A.2∶1B.2∶3C.3∶2D.1∶2解析 画出粒子从A 点射入磁场到从C 点射出磁场的轨迹，并将该轨迹向下平移，粒子做圆周运动的半径为R ＝L ，从C 点射出的粒子运动时间为t1＝T4；由P 点运动到M 点所用时间为t2，圆心角为θ，cos θ＝R 2R＝12，则θ＝60°，故t2＝T6，所以t 1t 2＝T 4T 6＝32，C 正确.2.[2021全国乙]如图，圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，质量为m 、电荷量为q （q ＞0）的带电粒子从圆周上的M 点沿直径MON 方向射入磁场.若粒子射入磁场时的速度大小为v 1，离开磁场时速度方向偏转90°；若射入磁场时的速度大小为v 2，离开磁场时速度方向偏转60°.不计重力，则v1v 2为（ B ）A.12B.√33C.√32D.√3解析 设圆形磁场区域的半径为R ，粒子的运动轨迹如图所示，沿直径MON 方向以速度v1射入圆形匀强磁场区域的粒子离开磁场时速度方向偏转90°，则其轨迹半径为r1＝R ，由洛伦兹力提供向心力得qv1B ＝m v 12r 1，解得v1＝qBR m；沿直径MON 方向以速度v2射入圆形匀强磁场区域的粒子离开磁场时速度方向偏转60°，由几何关系得tan30°＝Rr 2，可得其轨迹半径为r2＝√3R ，由洛伦兹力提供向心力得qv2B ＝m v 22r 2，解得v2＝√3qBR m ，则v 1v 2＝1√3＝√33，B 正确. 3.[多选]如图所示，空间中存在一半径为R 、磁感应强度为B 的圆形匀强磁场，MN 是一竖直放置的足够长的感光板.大量相同的带正电粒子从圆形磁场最高点P 以速率v 沿不同方向垂直磁场方向射入，不考虑速度沿圆形磁场切线方向入射的粒子.粒子质量为m ，电荷量为q ，不考虑粒子间的相互作用和粒子的重力.关于这些粒子的运动，以下说法正确的是（ ACD ）A.对着圆心入射的粒子，速度越大在磁场中运动的时间越短B.对着圆心入射的粒子，速度越大在磁场中运动的时间越长C.若粒子速度大小均为v ＝qBR m，出射后均可垂直打在MN 上D.若粒子速度大小均为v ＝qBR m，则粒子在磁场中的运动时间一定小于πm qB解析 对着圆心入射的粒子，速度越大在磁场中做圆周运动的轨迹半径越大，轨迹对应的圆心角越小，由t ＝θ2πT ＝θm qB可知，运动时间越短，故A 正确，B 错误.粒子速度大小均为v＝qBR m时，根据洛伦兹力提供向心力可得粒子的轨迹半径r ＝mvqB ＝R ，根据几何关系可知，入射点P 、O 、出射点与轨迹圆的圆心的连线构成菱形，射出磁场时的轨迹半径与PO 平行，故粒子射出磁场时的速度方向与MN 垂直，出射后均可垂直打在MN 上；根据几何关系可知，轨迹对应的圆心角小于180°，粒子在磁场中的运动时间t ＜12T ＝πm qB，故C 、D 正确.4.[2023豫北名校联考/多选]如图所示，直角三角形ABC 区域内有一方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B 的匀强磁场，∠A ＝30°，AB ＝L .在A 点有一个粒子源，可以沿AB 方向发射速度大小不同的带正电的粒子.已知粒子的比荷均为k ，不计粒子间相互作用及重力，则下列说法正确的是（ CD ）A.随着速度的增大，粒子在磁场中运动的时间变短B.随着速度的增大，粒子射出磁场区域时速度的偏转角变大C.从AC 边射出的粒子的最大速度为2√33kLBD.从AC 边射出的粒子在磁场中的运动时间为π3kB解析5.[多选]如图所示，正方形abcd 区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，O 点是cd 边的中点.一个带正电的粒子（重力忽略不计）从O 点沿纸面以垂直于cd 边的速度射入正方形区域内，经过时间t 0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（如图中虚线所示）且以各种不同的速率射入正方形区域内，那么下列说法正确的是（ AD ）A.该带电粒子不可能从正方形的某个顶点射出磁场B.若该带电粒子从ab 边射出磁场，它在磁场中经历的时间可能为32t 0C.若该带电粒子从bc 边射出磁场，它在磁场中经历的时间可能为32t 0D.若该带电粒子从cd 边射出磁场，它在磁场中经历的时间一定为53t 0解析 带电粒子以垂直于cd 边的速度射入正方形内，经过时间t0刚好从c 点射出磁场，则知带电粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为T ＝2t0.如图所示，随粒子速度逐渐增大，轨迹由①→②→③→④依次渐变，由图可以知道粒子在四个边射出时，不可能从四个顶点射出，故A 正确；由几何关系可知粒子从ab 边射出时经历的时间小于半个周期t0，从bc 边射出时经历的时间小于23T ，从cd 边射出时轨迹所对的圆心角都是300°，经历的时间为5T6＝5t 03，故B 、C 错误，D 正确.6.如图所示，在屏MN 的上方有磁感应强度为B 的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里.P 为屏上的一个小孔，PC 与MN 垂直.一群质量为m 、带电荷量为－q 的粒子（不计重力），以相同的速率v 从P 处沿垂直于磁场的方向射入磁场区域.粒子入射方向在与磁场B 垂直的平面内，且散开在与PC 夹角为θ的范围内.则在屏MN 上被粒子打中的区域的长度为（ D ）A.2mvqBB.2mvcosθqBC.2mv （1－sinθ）qBD.2mv （1－cosθ）qB解析 当粒子初速度方向与MN 垂直时，粒子打中屏MN 上被粒子打中的区域的最右端，到P 点的距离x1＝2r ＝2mvqB ；当粒子初速度方向与PC 夹角为θ时，粒子打中屏MN 上被粒子打中的区域的最左端，到P 点的距离x2＝2rcos θ＝2mvcosθqB，故在屏MN 上被粒子打中的区域的长度为x1－x2＝2mv （1－cosθ）qB，D 正确.7.[选项图形化/多选]如图所示，纸面内有宽为L 、水平向右飞行的带电粒子流，粒子质量为m ，电荷量为－q ，速率为v 0，不考虑粒子的重力及粒子间的相互作用，要使粒子都会聚到一点，可以在粒子流的右侧虚线框内设计一匀强磁场区域，则磁场区域的形状及对应的磁感应强度可以是下列选项中的（其中B 0＝mv 0qL，A 、C 、D 选项中曲线均为半径为L 的14圆弧，B 选项中曲线为半径为L2的圆）（ AB ）A B C D8.如图所示，正方形区域abcd 内（含边界）有垂直纸面向里的匀强磁场，ab ＝l ，Oa ＝0.4l ，大量带正电的粒子从O 点沿与ab 边成37°角的方向以不同的初速度v 0射入磁场，不计粒子重力和粒子间的相互作用.已知带电粒子的质量为m ，电荷量为q ，磁场的磁感应强度大小为B ，sin37°＝0.6，cos37°＝0.8.（1）求带电粒子在磁场中运动的最长时间；（2）若带电粒子从ad 边离开磁场，求v 0的取值范围.答案 （1）143πm 90qB（2）qBl 4m＜v 0≤5qBl 9m解析 （1）粒子从ab 边离开磁场时，在磁场中运动的时间最长，如图甲所示有qBv 0＝mv 02R，又T ＝2πR v 0，解得T ＝2πm Bq又由几何关系得θ＝74°，则粒子在磁场中运动的最长时间t ＝360°－74°360°T ＝143πm 90qB（2）粒子轨迹与ad 边相切时，如图乙所示，设此时初速度为v 01，轨迹半径为R 1，由几何关系可得R 1＋R 1sin37°＝0.4l又qBv 01＝mv 012R 1，解得v 01＝qBl4m粒子运动轨迹与cd 边相切时，如图丙所示，设此时初速度为v 02，轨迹半径为R 2，由几何关系可得R 2＋R 2cos37°＝l又qBv 02＝mv 022R 2，解得v 02＝5qBl 9m综上可得qBl 4m＜v 0≤5qBl 9m.9.[与数学知识联系紧密/2024湖北武汉部分学校调研/多选]如图所示，在xOy 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B ＝0.5T 的有界匀强磁场（未画出），磁场右边界满足曲线方程x 22＋y 24＝1（其中x ≥0，y ≥0，单位：m ），M 点的坐标为（12m ，√32m ）.从O 点沿x 轴正方向以不同速率射出大量质量m ＝1×10－6kg 、电荷量q ＝＋2×10－4C 的同种粒子，不计粒子的重力及粒子间的相互作用力，已知所有粒子均不从磁场右边界射出.下列说法正确的是（ BD ）A.所有粒子在磁场中运动的时间不同B.粒子的最大速率为100m/sC.磁场中有粒子出现的区域面积为π3m 2D.某粒子从O 点运动到M 点的过程，动量改变量大小为1×10－4kg·m/s解析 由题意可知所有的粒子应从y 轴上沿x 轴负方向离开磁场，则所有粒子在磁场中的运动时间均为T2＝πmqB ，又所有粒子的质量和电荷量均相同，所以所有粒子在磁场中的运动时间相同，A 错误；当粒子在磁场中的运动轨迹与磁场右边界相切时，粒子的运动轨迹半径最大，速率最大，又粒子的最大轨迹圆方程为x 2＋（y －r m ）2＝r m 2，磁场右边界的曲线方程为x 22＋y 24＝1，则联立所得方程的判别式Δ＝0，解得r m ＝1m ，根据粒子在磁场中运动时有qv m B ＝m v m 2r m，可得v m ＝qBr m m＝100m/s ，B 正确；根据题意可知磁场中有粒子出现的区域面积为粒子在磁场中运动的最大轨迹圆面积的12，即S ＝12πr m 2＝π2m 2，C 错误；作出粒子运动过程中经过M 点的轨迹如图所示，则由几何关系有r 2＝（12m ）2＋（√32m －r ）2，解得r ＝√33m ，则粒子的速率为v ＝qBrm ＝100√33m/s ，根据图中的几何关系可知粒子在M点时速度方向与y轴正方向的夹角满足cosθ＝12√33＝√32，即θ＝30°，则粒子从O点运动到M点的过程，速度改变量的大小为Δv＝2v sin30°+90°2＝√3v＝100m/s，所以此过程动量改变量的大小为Δp＝mΔv＝1×10－4kg·m/s，D正确.。
磁场中的动态圆问题分析
摘要：磁场中动态圆问题是高中物理的难点，圆轨迹的变化规律的确定是难中之难，本文就动态圆问题进行总结归类，分确定入射点和速度大小，不确定速度方向；确定入射点和速度方向，不确定速度大小；确定入射速度，不确定入射点三种模型进行归类总结，旨在为以后的解题提供帮助。
关键词：磁场；动态圆；带电粒子带电粒子在磁场中的动态圆问题是近几年高考的热点。
这类题目的难点在于带电粒子在磁场中运动轨迹的圆心在变化。
解这类题目的关键是准确找出符合题意的临界轨迹圆弧，基本方法是找圆心、画圆、求半径、定时间。
下面分几种模型进行阐述：模型一：确定入射点和速度大小,不确定速度方向如图所示，磁场中P点有带正电粒子，以相等速度V沿各个方向射入磁场中。
1.找圆心方法以P点为圆心，R长为半径画圆，圆周上各点即为所求圆心O。
2.模型特征(1)各动态圆圆心轨迹为圆。
(2)各动态圆均相交于同一点P。
(3)在纸面内，各粒子所能打到的区域是以2R为半径的圆(包络面)。
(4)各动态圆周期T相同。
3.例题分析(1)如图，在一水平放置的平板MN的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B，磁场方向垂直于纸面向里。
许多质量为m、带电量为+q的粒子以相同的速率v沿位于纸面内的各个方向，由小孔O射入磁场区域。
不计重力，不计粒子间的相互影响。
下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中哪个图是正确的（）。
解：如图所示，圆心轨迹是以O为圆心，半径为R的一个圆弧，右边界是沿ON方向出射的粒子轨迹包围的部分，左边界是2R为半径的圆的包络线，所以正确答案是A。
模型二：确定入射点和速度方向,不确定速度大小如图所示，磁场中P点，不同速度的带正电的粒子沿水平方向射出。
1.找圆心方法带电粒子射入磁场的方向不变，大小变化，则所有粒子运动轨迹的圆心都在垂直于初速度的直线上。
2.模型特征(1)各动态圆圆心轨迹为直线。
(2)各动态圆的半径R不同。
(3)各动态圆均相交于同一点P。
(4)各动态圆周期T相同。
带电粒子在磁场中的运动旋转圆问题
带电粒子在磁场中的运动旋转圆问题带电粒子在磁场中的运动旋转圆问题在自然界中，存在这一类有趣的物理现象：当带电粒子在磁场中运动时，其轨迹会形成一个旋转圆，这是磁场对带电粒子施加力的结果。
这一现象既有理论意义，也有实际应用价值，因此一直受到科学家们的广泛关注。
本文将深入探讨带电粒子在磁场中的运动旋转圆问题，从基础知识到研究进展，希望能够对读者深入了解这一问题提供帮助。
1. 磁场基础知识我们需要了解一些基础的磁场知识。
磁场是由带电粒子或磁体所产生的一种物理现象，其对带电粒子的运动具有显著的影响。
磁场的存在可以通过磁力线来描述，磁力线以箭头指向磁场的方向，用于表示磁场的强度和方向。
在磁场中，带电粒子会受到洛伦兹力的作用，该力的方向垂直于带电粒子的运动方向和磁场的方向。
2. 带电粒子在磁场中的运动规律当带电粒子在磁场中运动时，它会受到洛伦兹力的作用，从而产生一个向心力。
这个向心力使得带电粒子在磁场中做圆周运动，形成一个旋转圆。
带电粒子的圆周运动半径由其质量、速度和所受磁场的强度决定。
具体而言，向心力的大小可以由下式表示：F = qvB其中，F表示向心力，q表示带电粒子的电荷量，v表示带电粒子的速度，B表示磁场强度。
根据这个式子可以看出，当带电粒子的电荷量或速度增大，或磁场强度增大时，向心力也会增大，从而使得带电粒子的圆周运动半径增大。
3. 带电粒子在磁场中的应用带电粒子在磁场中的运动旋转圆问题不仅在理论物理中具有重要意义，也在实际应用领域有着广泛的应用。
一种常见的应用是在粒子加速器中，利用磁场的作用使得带电粒子在环形加速器中做圆周运动，从而达到高能量的粒子碰撞。
在核磁共振技术中，利用磁场的作用对带电粒子进行操控，从而实现对物质结构的研究和应用。
4. 对带电粒子在磁场中的运动旋转圆问题的个人观点和理解带电粒子在磁场中的运动旋转圆问题是一个非常有趣的物理现象，我个人对此有着浓厚的兴趣。
通过研究和分析这一问题，我们可以深入了解磁场对带电粒子运动的影响，并且可以应用于实际技术中。
磁场中的旋转圆、放缩圆、平移圆、磁聚焦模型(解析版)
磁场中的旋转圆、放缩圆、平移圆、磁聚焦模型特训目标特训内容目标1旋转圆模型(1T-4T)目标2放缩圆模型(5T-8T)目标3平移圆模型(9T-12T)目标4磁聚焦模型(13T-16T)【特训典例】一、旋转圆模型1如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中有一粒子源，粒子源从O点在纸面内同时向各个方向均匀地发射带正电的粒子，其速率为v、质量为m、电荷量为q。
PQ是在纸面内垂直磁场放置的厚度不计的挡板，挡板的P端与O点的连线与挡板垂直，距离为8mv5qB。
设打在挡板上的粒子全部被吸收，磁场区域足够大，不计带电粒子间的相互作用及重力，sin37°=0.6，cos37°=0.8。
则()A.若挡板长度为4mv5qB，则打在板上的粒子数最多B.若挡板足够长，则打在板上的粒子在磁场中运动的最短时间为127πm180qBC.若挡板足够长，则打在板上的粒子在磁场中运动的最长时间为πmqBD.若挡板足够长，则打在挡板上的粒子占所有粒子的14【答案】D【详解】A．设带电粒子的质量为m，带电量为q，粒子在磁场中受到的洛伦兹力提供做圆周运动的向心力。
设粒子做圆周运动的半径为r。
则有qvB=m v2r解得r=mvqB能打到挡板上的最远的粒子如图；由几何关系可知，挡板长度L=(2r)2-d2=6mv5qB选项A错误；BC．由以上分析知，当粒子恰好从左侧打在P点时，时间最短，如图轨迹1所示，由几何关系得粒子转过的圆心角为θ1=106°；对应的时间为t min=θ12πT=106°360°2πmqB=53πm90qB当粒子从右侧恰好打在P点时，时间最长，如图轨迹2所示，由几何关系得粒子转过的圆心角为θ2=254°对应的时间为t max=θ22πT=254°360°⋅2πmqB=127πm90qB选项BC 错误；D ．如图所示，能打到屏上的粒子，在发射角在与x 轴成37°到127°范围内90°角的范围内的粒子，则打在挡板上的粒子占所有粒子的14，选项D 正确。
巧用动态圆分析带电粒子在磁场中运动问题(共20张PPT)
电子打在A板上的范围是PH段。
PH=2d
v
B
电子打在B板上的范围是MN段。 A
P
QM = rm rm2－d 2 = (2－ 3 )d
QN = d，故MN=( 3 -1)d
PH = 2d
变式：如图，一端无限伸长的矩形区域abcd内存在着 磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场。 从边ad中点O射入一速率v0、方向与Od夹角θ=30º的 正电粒子，粒子质量为m，重力不计，带电量为q， ad=L。 〔1〕要使粒子能从ab边射出磁场，求v0的取值范围。 〔2〕从ab边射出的粒子在磁场中运动时间t 的范围。
子打到，应使粒子发射速度 v > 5 q B L
2m
求解临界问题要借助于半径R和速度v之间的约束 关系进行动态轨迹分析，确定轨迹圆和边界的关系， 寻找临界点，然后利用数学方法求解。常用结论： 1、刚好突出磁场边界的条件是粒子在磁场中的运动轨 迹与边界相切。 2、当速度一定时，弧长或弦长越长，圆周角越大，粒 子在磁场中运动时间越长。 3、当速度变化时，圆周角大的运动时间越长。 4、从同一边界射入的粒子从同一边界射出时，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。
a
b
O q v0
d
B c
变式：如图，一端无限伸长的矩形区域abcd内存在着 磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里的匀强磁场。 从边ad中点O射入一速率v0、方向与Od夹角θ=30º的 正电粒子，粒子质量为m，重力不计，带电量为q， ad=L。 〔1〕要使粒子能从ab边射出磁场，求v0的取值范围。 〔2〕从ab边射出的粒子在磁场中运动时间t 的范围。
专题20 磁场中的旋转圆、放缩圆、平移圆、磁聚焦模型(解析版)
2023年高三物理二轮常见模型与方法强化专训专练专题20 磁场中的旋转圆、放缩圆、平移圆、磁聚焦模型一、旋转圆模型1．如图所示，空间存在垂直纸面向外的匀强磁场（图中未画出），一放射源P 位于足够大的绝缘板AB 上方，放射性物质为23892U ，发生α衰变后，放出α射线，23490Th 留在放射源中，P到AB 的距离为d ，在纸面内向各个方向发射速率均为v 的α粒子，不考虑粒子间的相互作用和α粒子的重力。
已知α粒子做圆周运动的半径也为d ，则（ ）A ．核反应方程为23892U→23490Th ＋42HeB ．板上能被α粒子打到的区域长度是2dC ．α粒子到达板上的最长时间为32dv π D ．α粒子到达板上的最短时间为2dvπ【答案】AC【详解】A ．根据质量数守恒和电荷数守恒可知，核反应方程为238234492902U Th He →+，A 正确；B ．打在极板上粒子轨迹的临界状态如上图所示根据几何关系知，带电粒子能到达板上的长度1)l d d ==，B 错误；CD ．由题意如画出所示由几何关系知最长时间为1轨迹经过的时间，即竖直向上射出的α粒子到达板上的时间最长，其轨迹对应的圆心角为270°，故最长时间为3323442d dt T v v ==⨯=长ππ而最短时间为轨迹2，其轨迹对应的弦长为d ，故对应的圆心角为60°，最短时间为112663d dt T v v==⨯=短ππ，D错误C 正确。
故选AC 。
2．如图所示，在边长为L 的等边三角形区域ABC 内存在着垂直纸面的匀强磁场（未画出），磁感应强度大小为03B qL=，大量质量为m 、带电荷量为q 的粒子从BC 边中点O 沿不同的方向垂直于磁场以速率v 0射入该磁场区域，不计粒子重力，则下列说法正确的是（ ）ABC ．对于从AB 和ACD ．对于从AB 和AC边射出的粒子，在磁场中运动的最短时间为012Lv 【答案】BC【详解】A．所有粒子的初速度大小相等，它们在磁场中做匀速圆周运动的轨迹半径为0mv r qB ==故A 错误；B．粒子做圆周运动的周期为002r LT v v π==故B 正确； C ．当粒子运动轨迹对应的弦最长时，圆心角最大，粒子运动时间最长，当粒子运动轨迹对应的弦长最短时，对应的圆心角最小，粒子运动时间最短。
圆形旋转磁动势的特点
圆形旋转磁动势的特点1.引言1.1 概述概述部分的内容可以按如下进行编写：引言部分主要介绍本文要探讨的主题——圆形旋转磁动势的特点。
圆形旋转磁动势是电磁学中的一个重要概念，它在许多领域中都具有广泛的应用，如电动机、变压器、发电机等。
了解圆形旋转磁动势的特点对于理解这些设备的工作原理和优化设计具有重要意义。
在本文中，我们将重点讨论圆形旋转磁动势的特点。
首先，我们将介绍圆形旋转磁动势的定义和基本原理，了解它是如何形成的以及对于电磁设备的作用。
然后，我们将详细讨论圆形旋转磁动势的两个特点。
第一个特点是xxx（根据实际情况填写具体特点一）。
我们将介绍这个特点的定义、原理和表现形式，并举例说明其在实际应用中的意义。
通过对该特点的深入分析，我们可以更好地理解圆形旋转磁动势的产生机制和相互作用规律。
第二个特点是xxx（根据实际情况填写具体特点二）。
同样地，我们将介绍这个特点的定义、原理和表现形式，并通过实例来说明其在电磁设备中的应用。
通过对这两个特点的综合分析，我们可以更全面地把握圆形旋转磁动势的特点和在实际应用中的重要性。
最后，在结论部分，我们将对本文进行总结，总结圆形旋转磁动势的特点，并展望其在未来的研究和应用中的发展前景。
我们相信，通过对圆形旋转磁动势的特点的深入研究和理解，电磁设备的性能和效率将得到进一步提升。
希望本文能为读者对于圆形旋转磁动势的认识提供一定的参考和启发。
1.2 文章结构文章结构部分的内容可以包括以下几个方面：第一部分：引言在这一部分中，我们将对圆形旋转磁动势的特点进行介绍和概览。
首先简要概述本文的研究对象和目标，即圆形旋转磁动势的特点。
接着，我们将对本文的结构进行说明，包括各章节的内容和安排。
最后，我们阐明本文的研究目的，即为了揭示圆形旋转磁动势的特点以及对相关领域的启示和应用。
第二部分：正文在这一部分中，我们将详细探讨圆形旋转磁动势的特点。
首先，我们将介绍特点一，即圆形旋转磁动势的某一方面的独特性质。
带电粒子在磁场中的运动旋转圆问题
带电粒子在磁场中的运动是一个充满深度和广度的问题，涉及到物理学中的许多重要概念和原理。
从宏观到微观，从经典到量子，这一主题的探讨可以帮助我们更深入地理解粒子在磁场中的行为，以及相关的物理规律。
一、带电粒子在磁场中的受力和运动1.受力分析当带电粒子进入磁场时，它会受到洛伦兹力的作用，这个力会使粒子发生偏转，并导致其在磁场中运动。
洛伦兹力的大小和方向取决于粒子的电荷大小、速度方向以及磁场的强度和方向。
2.运动轨迹在磁场中，带电粒子的运动轨迹通常是圆形或螺旋形的，具体取决于粒子的速度和磁场的强度。
这种运动旋转圆问题是研究带电粒子在磁场中行为的重要内容之一。
二、经典物理学对带电粒子运动的描述1.运动方程根据洛伦兹力和牛顿定律，可以建立带电粒子在磁场中的运动方程。
通过对这个方程的分析，可以得到粒子在磁场中的运动轨迹和运动规律。
2.圆周运动对于静止的带电粒子，它会在磁场中做匀速圆周运动；而对于具有初始速度的带电粒子，它会做螺旋运动。
这种经典的描述为我们理解带电粒子在磁场中的运动提供了重要参考。
三、量子物理学对带电粒子运动的描述1.量子力学效应在微观尺度下，带电粒子在磁场中的运动会受到量子力学效应的影响，比如磁量子效应和磁旋效应等。
这些效应对带电粒子的运动规律产生重要影响，需要通过量子力学来描述。
2.自旋和磁矩带电粒子除了具有电荷和质量外，还具有自旋和磁矩。
这些特性在磁场中会影响粒子的运动，使得其运动规律更加复杂和微妙。
四、个人观点和理解对于带电粒子在磁场中的运动旋转圆问题，我认为它不仅具有重要的理论意义，还在许多实际应用中发挥着关键作用。
比如在核磁共振成像技术中，正是利用了带电粒子在外加磁场中的运动规律，实现了对人体组织和器官进行高分辨率成像。
深入理解这一问题，不仅可以帮助我们认识自然界的规律，还有助于科学技术的发展和进步。
总结回顾一下，带电粒子在磁场中的运动旋转圆问题是一个充满深度和广度的物理学问题，涉及到经典物理学和量子物理学的交叉领域。
用动态圆轨迹法分析带电粒子在磁场中圆周运动问题
计重力)，沿纸面垂直于磁场边界OQ方向从A点垂直
边界射入磁场，已知OA=d，∠POQ=45º ，离子的质 量为m、带电荷量为q、要使离子不从OP边射出，离 子进入磁场的速度最大不能超过多少？PLeabharlann B v0OA
Q
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 ，电子电量 q=1.6×10－19C ，不计电子重力和电子 间的相互作用力，且电子打到板上均被吸收，并转移到大 地，求电子击在A、B两板上的范围。 解析 ： Q M N
θ
a R R sin 2 a R sin R cos
sin 2 cos2 1
θ θ
O
a
x 方法技巧①：带电粒子在有界磁场 中的运动，若速度大小相同方向不 同，可以通过画动态圆来寻找临界 条件；通常相切是关键。 方法技巧②：v一定，弧越长（或 弦越长），粒子运动的时间越长。
用动态圆轨迹法分析带电粒 子在磁场中圆周运动问题
•
指带电 粒子从某一 点以大小不 变而方向变 化的速度射 入匀强磁场， 在磁场中做 半径不变的 匀速圆周运 动的运动圆 (如图)
一．旋转法：旋转动态圆
B
v
轨迹圆旋转，包络线为以粒子源为圆心，以2r 为半径的圆，心迹线为以粒子源为圆心，以r 为半径的圆
穿过x轴，速度方向与 x 轴正方向的夹角为30º ，同时进 入场强为 E、方向沿与与 x 轴负方向成60º 角斜向下的匀
带电粒子在磁场中的运动动态圆法参考PPT
以及磁感应强度B
2021/5/8
V的大小
V的方向
入射点的 位置（平 移）
1、所有带电粒子 圆周运动圆心构 成怎样图形？
2、带电粒子运动 轨迹所经过的区 域？
4
2021/5/8
B
v
5
三种基本情景
情 确定量 景
不确定量
问题
一 带电粒子电性、 电量 入射点位置、 V的方 向以及磁感应强度B
2021/5/8
18
y a/2
θ
Oθ
x
θ
a
C
2021/5/8
19
2021/5/8
C
20
由几何关系得：
R sinR a， R sinaR co s
2
sin2cos21
R (2 2 6 )a ， v (2 2 6 )a m q B ， s i n= 6 - 1 0 6
2021/5/8
21
题型四：磁场非规则区域有界
2R
M
2R O R N
2021/5/8
16
即时应用
(2015·成都七中高三月考)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
如图所示，在0≤x≤a、0≤y≤a/2范围内有垂直于xy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xy平面内，与y轴正方向的夹角分布在0～
巧用动态圆分析带电粒子在磁场中的运动
解析 ：
电子打在A板上的范围是PH段。
B
电子打在B板上的范围是MN段。
因 qvB=mv2/rm QM = rm
得： rm=2d
A
rm2－d 2
= (2－ )d 3
QN = d，故MN=( -1)d
3
PH = 2d
QM
N
rm
B
v
P
rm
H
例题：如图，在POQ区域内分布有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里，有一束 正离子流(不计重力)，沿纸面垂直于磁场边界OQ方向从A点垂直边界射入磁场，已知OA=d， ∠POQ=45º，离子的质量为m、带电荷量为q、要使离子不从OP边射出，离子进入磁场的速度最大 不能超过多少？
y
y
x
x
o
o
旋转圆 带电粒子从o点以大小不变而方向不限定的速度射入 匀强磁场中，把其轨迹连续起来观察可认为是一个半径不变 的圆，根据速度方向的变化以出射点为旋转轴在旋转。
例题、如图，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于 纸面向里，PQ为该磁场的右边界线，磁场中有一点O到 PQ的距离为r。现从点O以同一速率将相同的带负电粒子向纸面内各个不同的方向射出，它们均做半 径为r的匀速圆周运动，求带电粒子打在边界PQ上的范围（粒子的重力不计）。
qBL≤v0≤
3m
m ≤t≤
3Bq
5m ≤t≤
6Bq
qBL m
5m 3Bq
4m 3Bq
a
R1 R2
O q v0
d
b
B c
3
P
P
3
例题（2010年全国）如图，在0≤x≤ a区域内存在与xOy平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大 小为B。在t＝0时刻，一位于坐标原点的粒子源在xOy平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子 的初速度大小相同，方向与y轴正方向的夹角分布在0°～180°范围内。已知沿y轴正方向发射的
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
旋转动态圆1．（05全国Ⅰ）如图，在一水平放置的平板MN 的上方有匀强磁场，磁感应强度的大小为B ，磁场方向垂直于纸面向里。
许多质量为m 带电量为+q 的粒子，以相同的速率v 沿位于纸面内的各个方向，由小孔O 射入磁场区域。
不计重力，不计粒子间的相互影响。
下列图中阴影部分表示带电粒子可能经过的区域，其中Bq mv R =。
哪个图是正确的？（ ）2.（2010·全国Ⅰ理综·T26）(21分)．如下图15，在03x a ≤≤区域内存在与xy 平面垂直的匀强磁场，磁感应强度的大小为B .在t =0时刻，一位于坐标原点的粒子源在xy 平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与y 轴正方向的夹角分布在0～180°范围内。
已知沿y 轴正方向发射的粒子在0t t =时刻刚好从磁场边界上(3,)P a a 点离开磁场。
求：(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径R 及粒子的比荷q ／m ;(2)此时刻仍在磁场中的粒子的初速度方向与y 轴正方向夹角的取值范围； (3)从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。
【规范解答】⑴初速度与y 轴正方向平行的粒子在磁场中的运动轨迹如图16中的弧OP 所示,其圆心为C.由题给条件可以得出 ∠OCP=2π3(2分) 此粒子飞出磁场所用的时间为t 0= T3 (2分)式中T 为粒子做圆周运动的周期.设粒子运动速度的大小为v ,半径为R ,由几何关系可得 R =23a (2分) 由洛仑兹力公式和牛顿第二定律有qvB =m v 2R(1分)图15T =2πR v(1分)解以上联立方程,可得qm=2π3Bt0(3分)(2)依题意,同一时刻仍在磁场内的粒子到O的距离相同(2分)，在t0时刻仍在磁场中的粒子应位于以O点为圆心、OP为半径的弧MN上,如图16所示.设此时位于P、M、N三点的粒子的初速度分别为v p、v M、v N.由对称性可知v p与OP、v M与OM、v N.与ON的夹角均为π/3.设v M、v N.与y轴正向的夹角分别为θM、θN,,由几何关系有θM=π3(1分)θN=2π3(1分)对于所有此时仍在磁场中的粒子,其初速度与y轴正方向所成的夹角θ应满足π3≤θ≤2π3(2分)(3)在磁场中飞行时间最长的粒子的运动轨迹应与磁场右边界相切,其轨迹如图17所示.由几何关系可知,弧长OM等于弧长OP (1分)由对称性可知，弧长ＭＥ等于弧长ＯＰ(1分)所以从粒子发射到全部粒子飞出磁场所用的时间ｔｍ=2 t0(2分)【答案】⑴R=23a，qm=2π3Bt0⑵速度与y轴的正方向的夹角范围是π3≤θ≤2π3⑶从粒子发射到全部离开所用时间为2 t03.（2010·新课标全国卷·T25）（18分）如图所示，在0≤ x ≤ a、0≤ y ≤2a范围内有垂直于xy 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xy平面内，与y轴正方向的夹角分布在0～90°范围内。
己知粒子在磁场中做圆图16周运动的半径介于a /2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的 （1）速度的大小；（2）速度方向与y 轴正方向夹角的正弦。
【思路点拨】解答本题可按以下思路分析： 【规范解答】（1）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仑兹力公式，得：Rv m qvB 2=， ① （2分）由①解得：qBvm R =② （1分） 画出沿﹢y 方向以a/2为半径做匀速圆周运动轨迹如图①所示，再画出从坐标原点O 沿与y 轴正方向以半径R 0（a/2<R 0<a ）做匀速圆周运动且圆弧轨迹与磁场上边界相切时的临界轨迹②，然后将临界轨迹②以O 为圆心顺时针或逆时针旋转，根据在磁场中的轨迹线的长度即可判断运动时间的长短，如下图所示。
从图不难看出临界轨迹②对应的运动时间最长。
当a R a<<2时，在磁场中运动时间最长的粒子，其轨迹是圆心为C 的圆弧，圆弧与磁场的上边界相切，如图所示，设该粒子在磁场中运动的时间为t ，依题意4Tt =，得：2π=∠OCA 。
③ （4分）设最后离开磁场的粒子的发射速度方向与y 轴正方向的夹角为α，由几何关系可得： 2sin aR R -=α ④ （2分） ααcos sin R a R -= ⑤ （2分）又 1cos sin 22=+αα ⑥ （1分） 由④⑤⑥式解得：a R )262(-= ⑦ （2分） 由②⑦式得： maqB v )262(-= ⑧ （2分） 画出沿﹢y 方向以a/2为半径做圆周运动轨迹增大半径将运动圆弧以O 为圆心旋转圆弧轨迹与磁场上边界相切时为临界轨迹 再将临界轨迹旋转 比较得到最长时间 Bxy O②①（2）由④⑦式得：1066sin -=α ⑨ （2分） 【答案】（1）m aqB v )262(-=（2）1066sin -=α 【类题拓展】巧解有界磁场中部分圆弧运动问题 （1）分析思路三步走：1.确定圆心，画出轨迹；2.找几何关系，定物理量；3.画动态图，定临界状态。
（2）分析方法四优法1.几何对称法：粒子的运动轨迹关于入射点和出射点的中垂线对称。
2.动态放缩法：速度越大半径越大，但速度方向不变的粒子圆心在垂直速度方向的直线上。
3.旋转平移法：定点离子源发射速度大小相等、方向不同的所有粒子的轨迹圆圆心在以入射点为圆心，半径R=mv 0/(qB )的圆上，相当于将一个定圆以入射点为圆心旋转。
4.数学解析法：写出轨迹圆和圆形边界的解析方程，应用物理和数学知识求解。
本题巧妙地应用动态放缩法和旋转平移法能够很快得出带电粒子在磁场中运动时间最长的临界轨迹，问题也就迎刃而解了。
练习：1、（18分）（2012湖北省八校第一次联考）如图所示，在正方形区域abcd 内充满方向垂直纸面向里的、磁感应强度为B 的匀强磁场。
在t=0时刻，一位于ad 边中点o 的粒子源在abcd 平面内发射出大量的同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与od 边的夹角分布在0～180°范围内。
已知沿od 方向发射的粒子在0t t =时刻刚好从磁场边界cd 上的p 点离开磁场，粒子在磁场中做圆周运动的半径恰好等于正方形边长L ，粒子重力不计，求： （1）粒子的比荷q ／m ；（2）假设粒子源发射的粒子在0～180°范围内均匀分布，此时刻仍在磁场中的粒子数与粒子源发射的总粒子数之比；（3）从粒子发射到全部粒子离开磁场所用的时间。
解：（1）初速度沿od 方向发射的粒子在磁场中运动的轨迹如图，其园心为n ，由几何关系有：6π=∠onp , 120Tt =（2分） 粒子做圆周运动的向心力由洛仑兹力提供，根据牛顿第二定律得cRT m Bqv 2)2(π=，TRv π2=， （2分） 得6Bt m q π= （2分） (2)依题意，同一时刻仍在磁场中的粒子到o 点距离相等。
在t 0时刻仍在磁场中的粒子应位于以o 为圆心，op 为半径的弧pw 上。
（2分）由图知65π=∠pow （2分） 此时刻仍在磁场中的粒子数与总粒子数之比为5/6 （2分） （3）在磁场中运动时间最长的粒子的轨迹应该与磁场边界b 点相交，（2分） 设此粒子运动轨迹对应的圆心角为θ，则452sin=θ（2分） 在磁场中运动的最长时间045arcsin122t T t ππθ==所以从粒子发射到全部离开所用时间为0)45arcsin12(t t π=。
（2分） 练习2：S 为电子源，它只在下图所示的纸面上360°范围内发射速率相同、质量为m 、电荷量为e 的电子，MN 是一块足够大的竖直挡板，与S 的水平距离OS=L 。
挡板左侧有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B ，求： (1)要使S 发射的电子能够到达挡板，则发射电子的速度至少为多大？ (2)若电子发射的速度为eBL/m ，则挡板被击中的范围有多大？ 解：(1)从S 发射电子速度方向竖直向上，并且轨道半径恰好等于时，是能够达到挡板的最小发射速度。
如下图，(2)如图，OabcdnOabcd Y，所以击中挡板上边界的电子，发射角应为与水平成30°角斜向上，电子在磁场中恰好运动半圆周到达挡板上边界。
若要击中挡板下边界，电子发射方向正对挡板O点，电子在磁场中才能恰好运动圆周到达挡板下边界。