磁场(旋转圆,缩放圆,移动圆)教程文件
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。
2025高考物理总复习“平移圆”“放缩圆”“旋转圆”“磁聚焦”和“磁发散”模型
考向三 “旋转圆”模型
典题3 (多选)(2024河南郑州模拟)如图所示,在直角坐标系xOy的第一象限内存在磁
感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场,在y轴上S处有一粒子源,它可向
右侧纸面内各个方向射出速率相等的质量均为m、电荷量均为q的同种带电粒子,
所有粒子射出磁场时离S最远的位置是x轴上的P点。已知 OP= 3 =
子带负电,粒子所受重力及粒子间的相互作用均不计,则( AD )
A.粒子的速度大小为
B.从x轴上射出磁场的粒子在磁场中运动的最长时间与
最短时间之比为3∶2
C.沿平行x轴正方向射入的粒子离开磁场时的位置到
3
O点的距离为 2 d
D.从O点射出的粒子在磁场中的运动时间为 3
3d ,粒
解析 根据几何关系可得 SP= ()2 + ()2 =2d,所有粒子射出磁场时离 S
适用
如图所示(图中只画出粒子带正电的
条件
情况),速度v越大,运动半径也越大。
轨迹圆圆心
共线
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 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
方法 出临界条件,这种方法称为“放缩圆”法
三、“旋转圆”模型
“旋转圆”模型中带电粒子从同一点进入磁场。
带电粒子在圆形边界磁场中的运动是高考试题常见的类型,对于该类问题,
如果满足某种条件,应用“磁聚焦”和“磁发散”模型来分析问题,会达到事半
功倍的效果。为了考查学生分析问题解决问题的能力,命题人常常将某种
专题59 带电粒子在磁场中的平移圆、放缩圆、旋转圆、磁聚焦模型(解析版)
2023届高三物理一轮复习重点热点难点专题特训专题59 带电粒子在磁场中平移圆、放缩圆、旋转圆、磁聚焦模型特训目标特训内容目标1 带电粒子在磁场中平移圆模型（1T—4T）目标2 带电粒子在磁场中放缩圆模型（5T—8T）目标3 带电粒子在磁场中旋转圆模型（9T—12T）目标4 带电粒子在磁场中磁聚焦模型（13T—16T）【特训典例】一、带电粒子在磁场中平移圆模型1．如图所示，在顶角为23π的等腰三角形BAC内充满着磁感应强度大小为B且垂直纸面向外的匀强磁场（图中未画出）。
一群质量为m、电荷量为＋q、速度为v的带电粒子垂直AB 边射入磁场，已知从AC边射出且在磁场中运动时间最长的粒子，离开磁场时速度垂直于AC边。
不计粒子重力和粒子间相互作用力。
下列判断中正确的是（）A．等腰三角形BAC中AB边的长为2mv qBB．粒子在磁场中运动的最长时间为43m qB πC．从A点射入的粒子离开磁场时的位置与A点的距离为mv qBD．若仅将磁场反向，则从A点射入的粒子在磁场中运动的时间将比改变前缩短【答案】AC【详解】A．由题意可确定运动时间最长的粒子若垂直AC离开，其轨迹圆心必为A点，其轨道必与BC边相切，则由几何关系可知AB边长为半径的两倍，由2mvBqvr=可得mvrqB=则22BA r qB mv==故A 正确； B ．粒子运动时间最长时，圆心角为23πθ=则运动时间为122233m m t T Bq Bq θπππ==⨯=故B 错误； CD ．由几何关系可知，从A 点射入的粒子不论磁场向外还是改为向里，粒子速度的偏转角都是60°，轨迹均为六分之一圆周，则运动时间相同，离开磁场时的位置与A 点的距离为等于半径mvqB，故C 正确，D 错误。
故选AC 。
2．如图所示，在直角三角形ABC 内充满垂直纸面向外的匀强磁场（图中未画出），AB 边长度为d ，∠B=6π．现垂直AB 边射入一群质量均为m 、电荷量均为q 、速度大小均为v 的带正电粒子，已知垂直AC 边射出的粒子在磁场中运动的时间为t ，而运动时间最长的粒子在磁场中的运动时间为43t （不计重力）。
缩放圆和旋转圆.doc
缩放圆和旋转圆一、知识清单1．缩放圆模型特征：带电粒子从某一点以速度方向不变而大小在改变（或磁感应强度变化）射入匀强磁场，在匀强磁场中做半径不断变化的匀速圆周运动。
把其轨迹连续起来观察，好比一个与入射点相切并在放大或缩小的“动态圆”，如图。
解题时借助圆规多画出几个半径不同的圆，可方便发现粒子轨迹特点，达到快速解题的目的。
2．环形磁场临界问题临界圆临界半径221RRr+=2-12RRr=勾股定理(R2-R1)2=R12+r2解得：)RR(Rr1222-=3．旋转圆模型特征：带电粒子从某一点以大小不变而方向不限定（如0—180°范围内）的速度射入匀强磁场中，这类问题都可以归结为旋转圆问题，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如图。
解题时使用圆规或硬币都可以快捷画出其轨迹，达到快速解答试题的目的。
同时还要注意，粒子在做圆周运动时的绕行方向不随旋转而改变（即同旋性）。
4．旋转圆五大特征①半径相等R=mv/qB②都过发射点③圆心分布在一圆周上④旋转方向相同（同旋性）⑤同时发射，同时刻在同一圆周上,最大范围π(2R)2ABC×××××××××××××××××××××××××v0A BO●●×××××××××××××××××××v0ABO●●θ(××××××××××××××××××××v0R1R2××××××××××××××××××××v0R1R2×××××××××××××××××v0R1R2最近点：A （OA =2Rsinθ）最远点：B （OB 为直径） 圆中最大的弦长是直径左边界：相切点A ； 右边界：OB 为直径边界点：相切点B 、C6． 圆形有界磁场中的旋转圆问题r<Rr>Rr=R在磁场中运动的最远距离为OA=2r 在磁场中运动的最长时间为t max =0v r α=qB m α (rR sin =2α)离开磁场速度方向垂直于入射点与磁场圆心的连线7． (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 ，极板不带电，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 ＜Bql 4mB ．使粒子的速度v ＞5Bql4mC ．使粒子的速度v ＞Bql mD ．使粒子的速度v 满足Bql 4m ＜v ＜5Bql4m8． （2014秋•清河区校级期末）如图所示，一束电子以大小不同的速率沿图示方向飞入横截面是一正方形的匀强磁场，下列判断正确的是（ ） A ．电子在磁场中运动时间越长，其轨迹线越长B ．电子在磁场中运动时间越长．其轨迹线所对应的圆心角越大C ．在磁场中运动时间相同的电子，其轨迹线一定重合D ．电子的速率不同，它们在磁场中运动时间一定不相同9． （多选）（2016•青岛二模）如图所示，边长为l 的正六边形abcdef 中，存在垂直该平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B ．在a 点处的粒子源发出大量质量为m 、电荷量为+q 的同种粒子，粒子的速度大小不同，方向始终垂直ab 边且与磁场垂直．不计粒子间的相互作用力及重力，当粒子的速度为v 时，粒子恰好能经过b 点，下列说法正确的是（ ）A ．速度小于v 的粒子在磁场中的运动时间为B ．速度大于4v 的粒子将从cd 边离开磁场C ．经过c 点的粒子在磁场中的运动时间为D ．经过d 点的粒子在磁场中做圆周运动的半径为2lv 0● ●R r OA r ● × ×× × × ×× × × × × × ×v 0● ● 2R rα OAr × × × × × × × ×× × × × ×v 0● ●R 2r α OA× × × × × × × ×× × × × ×10．（2015•文昌校级模拟）如图所示，内圆半径为r 、外圆半径为3r 的圆环区域内有垂直纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场．圆环左质量为m 、电量为q 的正离子，经过电场加速后从N 板小孔射出，并沿圆环直径方向射入磁场，不计离子的重力，忽略平行板外的电场．要使离子不进入小圆区域，电压U 的取值范围为（ ）A.U ≤qr 2B 2/mB.U ≤2qr 2B 2/mC.U ≤4qr 2B 2/mD.U ≤8qr 2B 2/m11．如图5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em 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( )A ．B >2mv 0ae B ．B <2mv 0aeC ．B >3mv 0aeD ．B <3mv 0ae12．（2016·全国卷Ⅲ） 平面OM 和平面ON 之间的夹角为30°，其横截面(纸面)如图1-所示，平面OM 上方存在匀强磁场，磁感应强度大小为B ，方向垂直于纸面向外．一带电粒子的质量为m ，电荷量为q (q >0)．粒子沿纸面以大小为v 的速度从OM 的某点向左上方射入磁场，速度与OM 成30°角．已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON 只有一个交点，并从OM 上另一点射出磁场．不计重力．粒子离开磁场的出射点到两平面交线O 的距离为( ) A.mv 2qB B.3mv qB C.2mv qB D.4mv qB13．（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。
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。
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。
放缩圆 旋转圆 平移圆 等大圆教学课件
求ab上被α粒子打中的区域的长度。
解析：α 粒子带正电，沿逆时针方 a
向做匀速圆周运动，轨道半径R为
mv
R
10cm 即：2R > l > R
qB
NP1 R 2 ( l R )2 8cm
NP2 ( 2 R )2 l 2 12cm
故P1P2=20cm
P1
N
P2
l
S
B
b
有界磁场之临界问题： 入射点不确定引起的临界问题
入磁场，已知MA=d，∠PMN45º，离子的质量为m、带电
荷量为q、要使离子不从MP边射出，离子进入磁场的速度
最大不能超过多少？
+
=
45
=
P
=
B
2+1
v0
r
450
M
O
r A N
有界磁场之临界问题： 速度方向不确定引起的临界问题
例、如图，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于 纸面向里，
总结:粒子以相同大小，不同方向的速度进入磁场之
后的运动轨迹如何?它们的圆心位置有什么特点?
①当同种粒子的射入速度大小
确定，而方向不确定时，所有
轨迹圆是一样的，半径都为R，
只是位置不同。
②所有轨迹圆绕入射点，向粒
子运动方向旋转。
③轨迹分布在一个半径为2R的
圆形区域内。
④所有轨迹圆的圆心在一个半
径为R的圆上。
例：如下图所示，两块长度均为5d的金属板相
距d，平行放置，下板接地，两极间有垂直只面向里
的匀强磁场，一束宽为d的电子束从两板左侧垂直磁
场方向射入两极间，设电子的质量为m，电量为e，入
带电粒子在磁场中运动放缩圆和旋转圆
磁场，该粒子荷质比为q/m=108C/kg，不计重力。若要使
粒子飞离磁场时有最大的偏转角，其入射时粒子的方向应 如何（以v0与oa的夹角表示）？最大偏转角多大？ 解析： R =mv/Bq=5×10－2m > r
说明：半径确定时，通过的弧越
0
解：R1+R1sin30º = L/2 得R1 = L/3 R2－ R2cos60º = L/2 得：R2 = L。
qBL ≥v0≥ m
qBL 3m
a
b
R1
O
q v 0
R2 B c
d
轨迹圆的旋转
• 当粒子的入射速度大小 一定而方向不确定时， 从不同方向入射的粒子 的轨迹圆都一样大，只 是位置绕入射点发生了 旋转，从定圆的动旋转 中发现临界点
如图，水平放置的平板MN上方有方向垂直于纸面向里的 匀强磁场，磁感应强度为B，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R=mv/qB，哪个图是正确的？（ A ）
总结：带电粒子在磁场中运动旋转圆和放缩圆
• 1、定圆心：方法 • 2、算半径：
利用v⊥R 利用弦的中垂线
几何法求半径 向心力公式求半径
• 3、从圆的动态中发现临界点。
例、如图，环状匀强磁场围成的中空区域内有自由运动的带
电粒子，但由于环状磁场的束缚，只要速度不很大，都
不会穿出磁场的外边缘。设环状磁场的内半径为R1=0.5m ，外半径为 R2=1.0m，磁场的磁感应强度 B=1.0T，若被
带电粒子在磁场中运动放缩圆和旋转圆ppt课件
B r R α O
α
b
拓展：若改粒子射入磁场的速度为v0′=3.0×105m/s， 其它条件不变。用斜线画出该批粒子在磁场中可能 出现的区域。若要使粒子飞离磁场时有最大的偏转 角，其入射时粒子的方向应如何（以v0与oa的夹角表 示）？最大偏转角多大？
解析： R′ = mv0′/Bq=1.5×10－2m r/因此，在 2 abHale Waihona Puke 方的粒子可能A.2R
B.
2R
M
2R
O
O
R N M 2R R 2R N
B
C.
M 2R
D.
M 2R
O
2R
N
O
R 2R N
M
O
N
……以速率 v 沿纸面各个方向由小孔O射入磁场
2R 2R
2R
2R
O
O
R R 2R
2R
O
2R
2R
O
R 2R
A.
B.
C.
D.
THANK
YOU
SUCCESS
2019/5/8
例2、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）。
如图，水平放置的平板MN上方有方向垂直于纸面向里 的匀强磁场，磁感应强度为B，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R=mv/qB，哪个图是正确的？（ A ）
带电粒子在磁场中运动放缩圆和旋转圆课件
放缩圆的定义和性质
放缩圆的定义
放缩圆是指一个以某一点为圆心，半径不断变化的圆。在带电粒子在磁场中的 运动中，放缩圆通常指的是粒子在受到磁场力作用后，其运动轨迹形成的圆。
放缩圆的性质
放缩圆的半径会随着时间的变化而不断变化，同时圆心也会发生移动。这种圆 的性质可以用来解释带电粒子在磁场中的运动规律。
带电粒子在放缩圆中的运动轨迹
掌握带电粒子在磁场中的运动规律对 于理解磁场的基本性质、磁场对带电 粒子的作用以及带电粒子在磁场中的 运动规律具有重要意义。
教学目标
理解带电粒子在磁场 中的运动规律和原理 。
了解带电粒子在磁场 中运动的应用实例。
掌握带电粒子在磁场 中产生放缩圆和旋转 圆的基本方法。
教学计划
理论讲解（15分钟）
讲解带电粒子在磁场中的受力分 析、运动分析方法和运动规律。
运动轨迹的形成
带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用，其运动轨迹通常是一个闭合的圆。当粒 子的速度方向发生变化时，其运动轨迹也会随之发生变化。
运动轨迹的描述
带电粒子的运动轨迹可以用三维空间中的极坐标系来描述。通过极坐标系，可以 准确地描述粒子的位置、速度和加速度等运动状态。
影响放缩圆大小的因素
磁场强度
VS
结果讨论
讨论实验误差来源，如粒子初始速度、磁 场强度等对结果的影响，并分析实验结果 对实际应用的意义。
06
带电粒子在磁场中运动的应 用及展望
应用领域及实例
粒子加速器
在粒子物理实验中，利用磁场 可以使带电粒子加速达到高能 量状态，进而研究高能物理现
象。
医学成像
如MRI等医学成像技术，利用 磁场对带电粒子的作用，可以 获得人体内部的图像。
磁场(旋转圆,缩放圆,移动圆)
旋转圆问题1宽h=2cm 的有界且有垂直纸面向内的匀强磁场，纵向范围足够大，现有一群带正电的粒子从0点以相同的速率沿纸面不同方向进入磁场，若粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径均为R=5cm，求匀强磁场右边界粒子射出的范围。
2在真空中，半径为r=3 x 10-2m 的圆形区域内，有一匀强磁场，磁场的磁感应强度为B=0.2T，方向如图所示，一带正电粒子，以初速度v0=106m/s 的速度从磁场边界上直径ab 一端a点处射入磁场，已知该粒子荷质比为q/m=108C/kg ，不计粒子重力，则(1)粒子在磁场中匀速圆周运动的半径是多少？(2)若要使粒子飞离磁场时有最大的偏转角，其入射时粒子的方向应如何(以v0与Oa的夹角B表示)？最大偏转角多大？3 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0射人磁场区域•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能经过区域，其中R=mv/qB •哪个图是正确的？( )4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 为屏上的一小孔，PC 与MN 垂直，一群质量为 m 的粒子（不计 重力），一相同速率V ，从P 出沿垂直与磁场的方向射入磁场范围, 向在于磁场B 垂直的屏面内，且三开在于 PC 夹角为B 的范围内。
上被粒子打中的区域的长度为5：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，磁感应强度为 B 的匀强磁场。
（1） 要使发射的电子能到达挡板， 电子速度至少为多大？（2） 若S 发射的电子速率为eBL/m 时，挡板被电子击中的范围有多大？.r尸N2m v2JWV (1 —Zmvcos^ABC西 D2加《1 —匚。
高中物理带电粒子在磁场中运动放缩圆和旋转圆优质PPT课件
P
2r
2r
r
O
O
O
Q
rN
Q
Q 答案：MN ( 3 1)r
练、如图，真空室内存在方向垂直纸面向里，大小B=0.6T
的匀强磁场，内有与磁场方向平行的板ab，在距ab距离
为l=16cm处，有一点状的放射源S向各个方向发射α粒子，
α粒子的速度都是v=3.0×106 m/s，已知 α粒子的电荷与质
量之比q/m= 5.0×107 C/kg ，现只考虑在图纸平面中运动
其中R=mv/qB，哪个图是正确的？（ A ）
A.
B.
2R
2R
O
O
M 2R R N
M R 2R
N
C.
2R D.
O
O
RM
M 2R
2R N M 2R
2R N
B ON
……以速率 v 沿纸面各个方向由小孔O射入磁场
2R 2R
O
O
2R R
R 2R
A.
B.
O
பைடு நூலகம்
2R
2R
C.
2R
R
O
2R
2R
D.
例2、如图，磁感应强度为B的匀强磁场垂直于 纸面向里，
的α粒子，求ab上被α粒子打中的区域的长度。
解：α 粒子带正电，沿逆时针方向做 匀速圆周运动，轨道半径R为
a
P1
N
R mv 10cm 即：2R > l > R。
l
qB
NP1 R2 ( l R )2 8cm
S
P2 b B
NP2 ( 2R )2 l 2 12cm
∴P1P2=20cm
带电粒子在磁场中运动放缩圆和旋转圆ppt课件
--------放缩圆和旋转圆
轨迹圆的缩放
• 当粒子的入射速度方向一 定而大小可变时，粒子做 圆周运动的圆心一定在粒 子在入射点所受洛伦兹力 的方向上，半径R不确定， 利用圆规作出一系列大小 不同的内切圆.从圆的动 态中发现临界点。
例1、如图所示，一足够长的矩形区域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ad 边中点O，方向垂直磁场向里射入一速度方向跟ad边 夹角θ＝30°、大小为v 的带正电粒子，已知粒子质 量为m，电量为q，ad边长为L，ab边足够长，粒子重 力不计，求：粒子能从ab边上射出磁场的v0大小范 围．
如图，水平放置的平板MN上方有方向垂直于纸面向里 的匀强磁场，磁感应强度为B，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R=mv/qB，哪个图是正确的？（ A ）
B r R α O
αbLeabharlann 拓展：若改粒子射入磁场的速度为v0′=3.0×105m/s， 其它条件不变。用斜线画出该批粒子在磁场中可能 出现的区域。若要使粒子飞离磁场时有最大的偏转 角，其入射时粒子的方向应如何（以v0与oa的夹角表 示）？最大偏转角多大？
解析： R′ = mv0′/Bq=1.5×10－2m r/因此，在 2 ab上方的粒子可能
利用v⊥R 利用弦的中垂线
几何法求半径 向心力公式求半径
• 3、从圆的动态中发现临界点。
例、如图，环状匀强磁场围成的中空区域内有自由运动的带
电粒子，但由于环状磁场的束缚，只要速度不很大，都
不会穿出磁场的外边缘。设环状磁场的内半径为R1=0.5m ，外半径为 R2=1.0m，磁场的磁感应强度 B=1.0T，若被
【高考物理】题型解题技巧：10电磁学篇 数学圆法巧解磁场中的临界问题(原卷版)Word(10页)
高中物理解题技巧之电磁学篇10数学圆法巧解磁场中的临界问题一.应用技巧1.“放缩圆”法速度方向一定，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适用条件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【例】如图所示，一束电子以大小不同的速率沿图示方向垂直飞入横截面是一正方形的匀强磁场区域，下列判断正确的是( )A．电子在磁场中运动时间越长，其轨迹线越长B．电子在磁场中运动时间越长，其轨迹线所对应的圆心角越大C．在磁场中运动时间相同的电子，其轨迹线不一定重合D．电子的速率不同，它们在磁场中运动时间一定不相同2.“旋转圆”法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v0，则圆周运动半径为R＝m v0qB。
如图所示适用条件速度大小一定，方向不同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＝m v0qB的圆上界定方法将一半径为R ＝m v 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【例】如图所示为圆形区域的匀强磁场，磁感应强度为B ，方向垂直纸面向里，边界跟y 轴相切于坐标原点O 。
O 点处有一放射源，沿纸面向各方向射出速率均为v 的某种带电粒子，带电粒子在磁场中做圆周运动的半径是圆形磁场区域半径的两倍。
已知该带电粒子的质量为m 、电荷量为q ，不考虑带电粒子的重力。
(1)推导带电粒子在磁场空间做圆周运动的轨迹半径；(2)求带电粒子通过磁场空间的最大偏转角。
3.“平移圆”法【例】如图所示，在直角三角形ABC 内充满垂直纸面向外的匀强磁场(图中未画出)，AB 边长度为d ，∠B ＝π6。
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磁场(旋转圆,缩放圆,移动圆)旋转圆问题1，宽h=2cm的有界且有垂直纸面向内的匀强磁场，纵向范围足够大，现有一群带正电的粒子从0点以相同的速率沿纸面不同方向进入磁场，若粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨道半径均为R=5cm，求匀强磁场右边界粒子射出的范围。
2在真空中，半径为r=3×10-2m的圆形区域内，有一匀强磁场，磁场的磁感应强度为B=0.2T，方向如图所示，一带正电粒子，以初速度v0=106m/s的速度从磁场边界上直径ab一端a点处射入磁场，已知该粒子荷质比为q/m=108C/kg，不计粒子重力，则（1）粒子在磁场中匀速圆周运动的半径是多少？（2）若要使粒子飞离磁场时有最大的偏转角，其入射时粒子的方向应如何（以v0与Oa的夹角θ表示）？最大偏转角多大？3 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射人磁场区域．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能经过区域，其中R=mv/qB．哪个图是正确的？（）A BC D4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为屏上的一小孔，PC与MN垂直，一群质量为m的粒子（不计重力），一相同速率V，从P出沿垂直与磁场的方向射入磁场范围，粒子入射方向在于磁场B垂直的屏面内，且三开在于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A B C D .5：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，磁感应强度为B的匀强磁场。
（1）要使发射的电子能到达挡板，电子速度至少为多大？（2）若S发射的电子速率为eBL/m时，挡板被电子击中的范围有多大？6如图所示，A1、A2为两块面积很大、相互平行的金属板，两板间距离为d，以A1板的中点为坐标原点，水平向右和竖直向下分别建立x轴和y轴，在坐标为（0，d21）的P处有一粒子源，可在坐标平面内向各个方向不断发射同种带电粒子，这些带电粒子的速度大小均为v0，质量为m，带电量为+q，重力忽略不计，不考虑粒子打到板上的反弹，且忽略带电粒子对金属板上电荷分布的影响．（1）若只在A1、A2板间加上恒定电压U0，且A1板电势低于A2板，求粒子打到A1板上的速度大小；（2）若只在A1、A2板间加上一方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B，且B＜dqmv2，求A1板上有粒子打到的区域范围（用x轴坐标值表示）；（3）在第（2）小题前提下，若在A1、A2板间再加一电压，使初速度垂直指向OA1A2xyPA 1板的粒子打不到A 1板，试确定A 1、A 2板电势的高低以及电压的大小．7如图，圆形区域内有一垂直纸面的匀强磁场，P 为磁场边界上的一点。
有无数带有同样电荷、具有同样质量的粒子在纸面内沿各个方向以相同的速率通过P 点进入磁场。
这些粒子射出边界的位置均处于边界的某一段弧上，这段圆弧的弧长是圆周长的1/3。
将磁感应强度的大小从原来的B1变为B2，结果相应的弧长变为原来的一半，则B2/B1等于A ．B ．C ．2D ．38在半径为R 的圆形区域内，存在垂直圆面的匀强磁场。
圆边上的P 处有一粒子源，不沿垂直于磁场的各个方向，向磁场区发射速率均为0v 的同种粒子，如图所示。
现测得：当磁感应强度为1B 时，粒子均从由P 点开始弧长为R21的圆周范围内射出磁场；当磁感应强度为2B 时，粒子则都从由P点开始弧长为R π32的圆周范围内射出磁场。
不计粒子的重力，则A ．前后两次粒子运动的轨迹半径比为3:2:21=r rB ．前后两次粒子运动的轨迹半径比为3:2:21=r rC ．前后两次磁感应强度的大小之比为3:2:21=B BD ．前后两次磁感应强度的大小之比为2:3:21=B B9如图所示的圆形区域内存在一垂直于纸面的匀强磁场，P 为磁场边界的一点。
大量比荷大小分别为k 1、k 2的带电粒子以相同的速率v 经过P 点，在纸面内沿不同方向射入磁场。
其中，比荷大小为是k 1的粒子在磁场边界的出射点分布在四分之一圆周PM 上；比荷大小为是k 2的粒子在磁场边界的出射点分布在三分之一圆周PN 上，不计重力及带电粒子 之间的相互作用。
则k 1:k 2为 A ．6:2 B ．6:3C ．2:6D ．3:610如图所示，在边长L ＝8 cm 的正方形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小B 0＝0.1 T ．距AB 、AD 边均为d ＝1 cm 的P 点有一粒子，能在纸面内向各个方向发射出速率不同的带正电的粒子，粒子的质量m ＝1.0×10－14? k g ，粒子的电荷量q ＝1.0×10－5 C ，粒子的重力可忽略不计，不考虑带电粒子之间的相互作用．(计算结果可保留根号)第21题图(1)速率在什么范围内的粒子将不可能射出磁场，被完全约束在正方形内？(2)速度大小为5.0×106 m/s的粒子将从BC边的什么范围内射出？11如图所示，在0≤x≤a，0≤y≤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。
已知粒子在磁场中做圆周运动的半径介于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。
12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＝9.1cm，中点O与S间的距离d＝4.55cm，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（排版问题图片见第九题，）A．θ＝90°时，l＝9.1cm B．θ＝60°时，l＝9.1cm C．θ＝45°时，l＝4.55cm D．θ＝30°时，l＝4.55cm缩放圆问题1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t0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（）A．若该带电粒子在磁场中经历的时间是t0，则它一定从ad边射出磁场B．若该带电粒子在磁场中经历的时间是t0，则它一定从cd边射出磁场C ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是t 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2如图所示，等腰直角三角形abc 的直角边长度为L ，该区域内存在方向垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B 。
三个相同的带电粒子从b 点沿bc 方向分别以速度v1、v2、v3射入磁场，在磁场中运动的时间分别为t1、t2、t3，且t1：t2：t3=2：2：1。
不计粒子的重力，下列说法正确的是 A ．三个速度的大小关系一定是v1= v2< v3 B ．三个速度的大小关系可能是v1< v2< v3C ．粒子的比荷12q m Bt π=D ．粒子的比荷32v qm BL =3磁场中的复杂运动形式如图所示，在的区域I内有垂直于纸面向里的匀强磁场，在的区域Ⅱ内有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强崖的大小均为。
质量为m、电荷量为的粒子沿x轴从原点O射入磁场。
当粒子射人速度不大于v0时，粒子在磁场中运动的时间都相同，求：的大小；(1)速度v(2)若粒子射人磁场的速度大小为，其轨迹与轴交点的横坐标；(3)调节区域Ⅱ磁场的磁感强度为，使粒予以速度轴射入时，粒子均从O点射出磁场，n与满足的关系。
磁聚焦原理图解1圆形磁场区域半径与粒子轨道半径一样大2从圆心打出的任意方向的粒子最终水平飞出3可逆性数学公式推导设速度夹角为a，粒子运动半径为r，磁场半径也为r，则粒子圆心的横纵坐标为X=rsina Y=rcosa显然，所有圆心的轨迹方程依然是圆X2+y2=r2 圆心在坐标原点，半径为r下面求粒子的出点坐标（x1，y1）磁场圆的参数方程：X2+（y-r）2=r2 粒子的轨迹参数方程：（X-rsina）2+（y-rcosa）2=r2将出点坐标代入两个方程解：x1=rsina，y1=r+rcosa说明出点的和圆心在同一竖直线上，即出点水平。
例题：在xoy平面内有很多质量为m，电量为e的电子，从坐标原点O不断以相同速率沿不同方向射入第一象限，如图所示．现加一垂直于xOy平面向里、磁感强度为B的匀强磁场，要求这些入射电子穿过磁场都能平行于x轴且沿x轴正向运动，试问符合该条件的磁场的最小面积为多大？（不考虑电子间的相互作用）如图，ABCD是边长为a的正方形。
质量为m电荷量为e的电子以大小为v0的初速度沿纸面垂直于BC边射入正方形区域。
在正方形内适当区域中有匀强磁场，电子从BC边上的任意点入射，都只能从A点射出磁场。
不计重力，求：（1）此匀强磁场区域中磁感应强度的大小和方向；（2）此匀强磁场区域的最小面积ABCDEFp q设匀强磁场的磁感应强度的大小为B。
令圆弧AEC是自C点垂直于BC入射的电子在磁场中的运行轨道。
依题意，圆心在A、C连线的中垂线上，故B点即为圆心，圆半径为a，按照牛顿定律有 ev0B= mv02/a，得B= mv0/ea。
（1）自BC边上其他点入射的电子运动轨道只能在BAEC区域中。
因而，圆弧AEC是所求的最小磁场区域的一个边界。
（2）设某射中A点的电子速度方向与BA的延长线夹角为θ的情形。
该电子的运动轨迹qpA如图所示。
图中圆弧Ap的圆心为O，pq垂直于BC边，圆弧Ap的半径仍为a，在D为原点、DC为x轴、DA为y 轴的坐标系中，p点的坐标为(x，y)，则 x=asinθ，y=-acosθ。
由④⑤式可得：x2+y2=a2，这意味着在范围0≤θ≤π/2内，p点处在以D为圆心、a为半径的四分之一圆周AFC上，它是电子做直线运动和圆周运动的分界线，构成所求磁场区域的另一边界。