带电粒子在圆形磁场中的偏转
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。
带电粒子在磁场中的运动(磁聚焦和磁扩散)
θR O/
OM
x
图 (b)
(3)带电微粒在y轴右方(X> O)的区域离开磁场并做 匀速直线运动．靠近上端发射出来的带电微粒在穿出 磁场后会射向X轴正方向的无穷远处，靠近下端发射 出来的带电微粒会在靠近原点之处穿出磁场．所以， 这束带电微粒与X轴相交的区域范围是X> 0．
装带 置点
微 粒 发 射
Pv Cr
(2)这束带电微粒都通过坐标原点。 如图（b)所示，从任一点P水平进入磁场的 带电微粒在磁场中做半径为R 的匀速圆周运动，圆 心位于其正下方的Q点，设微粒从M 点离开磁 场．可证明四边形PO’ MQ是菱形，则M 点就是坐 标原点，故这束带电微粒都通过坐标原点0．
y
v AC
R O/
O
x
图 (a)
y
Pv R
y
D
C
v0
O
x
A
B
S=2(πa2/4-a2/2) =(π-2)a2/2
解：（1）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。 （2）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。
（1）从A点射出的带电微粒平行于x轴从C点进入有磁场区
域，并从坐标原点O沿y轴负方向离开，求电场强度和磁感
应强度的大小与方向。
y
（2）请指出这束带电微粒与x轴相 带
交的区域，并说明理由。
点 微
粒
（3）在这束带电磁微粒初速度变为
发 射
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。
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便捷的工具。
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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。
圆形边界磁场知识讲解
B
·
O•1 R
x
r2R vqBr2qBR r
mm
qU 1 mv2 2
U 2qB2R2
600
r
O2
6．如图所示，一个质量为m、电量为q的正离子，在小 孔S处正对着圆心O以速度v射入半径为R的绝缘圆筒中。
圆筒内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大
小为B。要使带电粒子与圆筒内壁碰撞多次后仍从A点 射出，求正离子在磁场中运动的时间t.设粒子与圆筒内 壁碰撞时无能量和电量损失，不计粒子的重力。
此时速度方向与y轴的夹角为300,P到O的距离为L,如图
所示.不计重力的影响.求磁场的磁感强度B的大小和xy
平解:面上qv磁B场区m域v的2 半径LR. 3r
300 y
r
B mv 3mv qr qL
P Lr A
r
R2rco3s00 3L 3
0 vR
1． 如图所示，当滑动变阻器R3的滑片C向B方向移 动时，电路中各电表示数如何变化？（电表内阻对电 路的影响不计）
O’
y
v
y
P(x y)
v
oO• x
B
t 600 T12mm
3600 6 qB 3qB xRco6s00 1R 2
yRsin600 3R
x
2
P(1 R, 3 R)
22
2．在圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场．从磁
场边缘A点沿半径方向射人一束速率不同的质子，对
这些质子在磁场中的运动情况的分析中，正确的是：
无损失）
B
解:粒子经过n=2,3,4……次与圆筒
碰撞从原孔射出，其运动轨迹具
有对称性．当发生最少碰撞次数
r
． R vO0
带电粒子在圆形磁场中的偏转
带电粒子在磁场中的运动过程中，其动能和势能之和保持不变。
证明
通过分析带电粒子在磁场中的受力情况和运动轨迹，可以证明能量守恒定律的正确性。
动能定理
动能定理
带电粒子在磁场中运动时，磁场力对粒 子所做的功等于粒子动能的变化量。
VS
证明
通过分析带电粒子在磁场中的受力情况和 运动轨迹，可以证明动能定理的正确性。
回旋加速器
回旋加速器是利用磁场和电场对带电粒子进行加速和控制 的仪器。
通过磁场和电场的交替作用，使带电粒子在圆形轨道上不 断加速，最终获得高能带电粒子，用于科学研究、医疗、 工业等领域。
磁约束核聚变
磁约束核聚变是利用强磁场将高温等 离子体约束在有限的空间内，实现核 聚变反应的能源技术。
通过强大的磁场控制和约束高温等离 子体，使其在有限的时间内发生聚变 反应，释放出大量的能量，是未来清 洁能源的重要发展方向之一。
02
磁场具有方向性和磁力作用，带 电粒子在磁场中会受到洛伦兹力 的作用。
带电粒子的基本性质
带电粒子是指具有电荷的粒子，可以 是电子、质子、离子等。
带电粒子在磁场中会受到洛伦兹力的 作用，其大小和方向由电荷量和速度 决定。
洛伦兹力
洛伦兹力是指带电粒子在磁场中受到的力，其大小为F=qvBsinθ，方向垂直于粒子 运动方向和磁力线方向。
偏转角度与粒子速度关系
分析带电粒子在圆形磁场中的偏转角度与粒子速 度的关系，得出偏转角度随粒子速度的变化规律 。
误差分析
对实验结果进行误差分析，评估实验装置和测量 方法的精度和可靠性。
06 带电粒子在磁场中的应用
质谱仪
质谱仪是利用磁场对带电粒子的偏转作用，对物质进行定性 和定量分析的仪器。
带电粒子旋转圆问题有界磁场
带电粒子旋转圆问题
当一个带电粒子在有界磁场中旋转成圆形轨道时，其运动可由洛伦兹力和向心力共同决定。
洛伦兹力是由磁场和带电粒子的电荷性质决定的力，它始终垂直于带电粒子的速度和磁场方向。
向心力则是由带电粒子的质量和速度决定的力，它指向圆心，使得带电粒子保持在圆形轨道上。
首先，考虑洛伦兹力的作用。
洛伦兹力的大小与带电粒子的电荷大小、速度以及磁场强度相关。
在磁场中，洛伦兹力会使带电粒子受到一个向心力的作用，引导其沿着圆形轨道运动。
洛伦兹力的方向始终垂直于速度和磁场的方向，这使得带电粒子的速度方向会不断发生变化，从而导致其轨道是一个圆形。
其次，向心力也会参与其中。
向心力始终指向圆心，使得带电粒子保持在圆形轨道上。
向心力的大小与带电粒子的质量和速度有关。
在带电粒子绕圆形轨道运动时，向心力和洛伦兹力相等，使得带电粒子保持运动的稳定性。
需要注意的是，带电粒子的质量、电荷大小、速度和磁场强度等因素会影响带电粒子在有界磁场中旋转圆的半径和速度。
通过调节磁场强度或改变粒子的性质，可以实现对带电粒子旋转圆运动的调控。
总之，在有界磁场中，带电粒子旋转成圆形轨道的问题涉及到洛伦兹力和向心力的相互作用。
这种运动是通过调节带电粒子的性质和磁场强度来实现的，可以用来研究电磁场中粒子的运动规律。
带电粒子在圆形边界磁场中运动 (微课课件)
1交于圆心：带电粒子沿指向圆心的方向进入磁场，则出磁 场时速度矢量的反向延长线一定过圆心，即两速度矢量相交于 圆心；如左下图所示. b. 直径最小：带电粒子从圆与某直径的一个交点射入磁场则从 该直径与圆的另一交点射出时，磁场区域最小.如右下图所示.
3、环状磁场区域
a. 带电粒子沿（逆）半径方向射入磁场，若能返回同一边界， 则一定逆（沿）半径方向射出磁场 b. 最值相切：如下图，当带电粒子的运动轨迹与圆相切时，粒 子有最大速度vm或磁场有最小磁感应强度B.
4、事例分析
地磁场可以“屏蔽”来自太空的带电粒子，防止这些高速运动的带 电粒子对地球带来的危害.在高能物理实验中， 为了避免宇宙射线中的带电粒子对实验的影响， 可在实验装置外加磁场予以屏蔽.如图所示，半 径为r2的圆管形实验通道为实验中高能带电粒子 的通道，在r2到r1的圆环形加有匀强磁场.假设来 自太空的带电粒子的最大速度为v，粒子均沿半 径方向射入磁场区，为了使这些粒子均不能进入实验通道，则磁感应强 度B至少为多大？已知带电粒子的质量均为m，电荷量均为-q.
有界磁场区域偏转问题汇总
直线线边界平行边界圆形边界磁场径向射入，径向射出结论：对准圆心射入，速度越大，偏转角和圆心角都越小，运动时间越短磁聚焦和磁发散磁发散磁聚焦当磁场圆半径R 与轨迹圆半径r 相等时，平行于切线，聚焦于切点最小面积当粒子圆半径R＞磁场圆半径r时，粒子在磁场中运动最长时间为弦长对应时间当粒子圆半径R＜磁场圆半径r时，粒子在磁场中运动时磁场圆与轨迹圆的交线为粒子圆的直径时，粒子离开磁场时位置距出发点最远动态圆的半径不变，绕圆上一点旋转，此时动态圆的原心为一半径为R的圆。
对应问题类型为：一群粒子以同一速率沿各个方向入射动态圆的半径发生变化，从圆上一点向外扩张。
这类问题抓住两个要点：①刚好穿出磁场边界的条件是带电粒子在磁场中的运动轨迹与边界相切②不管速率变化还是一定，圆周角越大，对应时间越长粒子与边界的范围问题三角形边界多解性问题正方形边界一、带电粒子在圆形磁场中的运动结论1：对准圆心射入,必定沿着圆心射出结论2：对准圆心射入，速度越大，偏转角和圆心角都越小，运动时间越短。
结论3：运动半径相同(v相同)时，弧长越长对应时间越长。
结论4：磁场圆的半径与轨迹圆的半径相同时,“磁会聚”与“磁扩散”题型一、对准圆心射入例1 电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技术实现的。
电子束经过电压为U的加速电场后，进入一圆形匀强磁场区，如图所示。
磁场方向垂直于圆面。
磁场区的中心为O，半径为r。
当不加磁场时，电子束将通过O点而打到屏幕的中心M点。
为了让电子束射到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角度θ，此时磁场的磁感应强度B应为多少？要点提示如图所示例2：在圆形区域的匀强磁场的磁感应强度为B，一群速率不同的质子自A点沿半径方向射入磁场区域，如图所示，已知该质子束中在磁场中发生偏转的最大角度为1060，圆形磁场的区域的半径为R，质子的质量为m，电量为e，不计重力，则该质子束的速率范围是多大？要点提示变1．在圆形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场．从磁场边缘A点沿半径方向射人一束速率不同的质子，对这些质子在磁场中的运动情况的分析中，正确的是：A.运动时间越长的，在磁场中通过的距离越长B.运动时间越短的，其速率越大C.磁场中偏转角越小的，运动时间越短D.所有质子在磁场中的运动时间都相等参考答案 BC题型二、偏离圆心射入（定圆旋转法）定圆旋转带电粒子从坐标原点以大小不变而方向变化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定圆，根据速度方向的变化以入射点为轴在旋转例1 如图所示，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。
高中物理 带电粒子在圆形有界磁场中的运动之磁聚焦与磁发散
高中物理 带电粒子在圆形有界磁场中的运动之--磁聚焦与磁发散模型概述带电粒子在圆形有界匀强磁场中运动时，会出现一束平行粒子经磁场偏转后会聚于边界一点，此现象为磁聚焦；一束粒子从边界一点向不同方向经磁场偏转后平行射出，此现象为磁发散。
等半径原理：圆形磁场半径与粒子运动半径相等时，会出现菱形，如下图所示。
当粒子入射方向指向磁场区域圆心，或粒子入射方向不指向磁场区域圆心，根据几何关系，易证明四边形AOCO'为菱形。
物理建模：模型：如图所示。
当圆形磁场区域半径R 与轨迹圆半径r 相等时，从磁场边界上任一点向各个方向射入圆形磁场的粒子全部平行射出，出射方向与过入射点的磁场圆直径垂直(磁发散)；反之，平行粒子束射入圆形磁场必会聚在磁场边界上某点，且入射方向与过出射点的磁场圆直径垂直(磁聚焦)。
O A证明：如图所示，任意取一带电粒子以速率v从A点射入时，粒子在磁场中的运动轨迹圆半径为R，有界圆形磁场的半径也为R，带电粒子从区域边界C点射出，其中O为有界圆形磁场的圆心，B为轨迹圆的圆心。
图中AO、OC、CO'、O'A的长度均为R，故AOCO'为菱形。
由几何关系可知CO'∥AO，即从C点飞出的粒子速度方向与OA垂直，因此粒子飞出圆形有界磁场时速度方向均与OA垂直。
反之也成立。
解题切入点：分析发现粒子轨道半径与磁场区域圆半径的关系，二者相等为磁聚焦或磁发散，否则不满足该关系，但满足怎么进入怎么出去的角度关系，借助几何关系解答。
【典例1】(磁聚焦)如图所示，x轴正方向水平向右，y轴正方向竖直向上。
在xOy平面内有与y轴平行的匀强电场，在半径为R的圆内还有与xOy平面垂直的匀强磁场。
在圆的左边放置一带电微粒发射装置，它沿x轴正方向发射出一束具有相同质量m、电荷量q(q＞0)和初速度v的带电微粒。
发射时，这束带电微粒分布在0＜y＜2R的区间内．已知重力加速度大小为g。
(1)从A点射出的带电微粒平行于x轴从C点进入有磁场区域，并从坐标原点O沿y轴负方向离开，求电场强度和磁感应强度的大小与方向。
带电粒子在圆形磁场中运动
带电粒子在“圆形磁场区域”中的运动粒子沿圆形磁场区的半径方向垂直磁场射入，由对称性可知出射线的反向延长线必过磁场圆的圆心。
由几何关系可得：偏向角与两圆半径间的关系：t a n r Rθ=2 偏转时间的关系式：m t T qBθθπ=∙=2 O 、O ′分别为 磁场圆与轨迹圆的圆心;r 、R 分别为 磁场圆与轨迹圆的半径 。
例1、如图所示，在圆心为O ，半径为r 的圆形区域内，有匀强磁场，磁感应强度为B ，方向垂直纸面向里．一个带电粒子以速度v 射入磁场，初速度方向指向圆心O ，它穿过磁场后，速度方向偏转α角，则该带电粒子的荷质比______=mq ．例2、 在以坐标原点O 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-x 方向射入磁场，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60°角，求：磁感应强度B ′多大？此次粒子在磁场中运动所用时间t 是多少？例3、如图所示,圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场,一个带电粒子以速度v 从A 点沿直径AOB 方向射入磁场,经过Δt 时间从C 点射出磁场,OC 与OB 成60°角。
现将带电粒子的速度变为,仍从A 点沿原方向射入磁场,不计重力,则粒子在磁场中的运动时间变为( ) A.Δt B.2Δt C.Δt D.3Δt例4、如图所示，在纸面内半径为R 的圆形区域中充满了垂直于纸面向里、磁感应强度为B 的匀强磁场，一点电荷从图中A 点以速度v 0垂直磁场射入，当该电荷离开磁场时，速度方向刚好改变了180°，不计电荷的重力，下列说法正确的是( )A. 该点电荷离开磁场时速度方向的反向延长线通过O 点B. 该点电荷的比荷为q m ＝2v 0BRC. 该点电荷在磁场中的运动时间t ＝πR 3v 0D. 该点电荷带正电1、如图，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 （q >0）。
带电粒子在磁场中运动之圆形磁场边界问题
考点4.3 圆形磁场边界问题考点4.3.1 “粒子沿径向射入圆形磁场”边界问题特点：沿径向射入必沿径向射出，如图所示。
对称性：入射点与出射点关于磁场圆圆心与轨迹圆圆心连线对称，两心连线将轨迹弧平分、弦平分，圆心角平分。
1.如图所示，一半径为R的圆内有垂直纸面的匀强磁场，磁感应强度为B，CD是该圆一直径．一质量为m、电荷量为q的带电粒子(不计重力)，自A点沿指向O点方向垂直射入磁场中，恰好从D点飞出磁场，A点到CD的距离为R2，根据以上内容( )A.可判别圆内的匀强磁场的方向垂直纸面向里B.不可求出粒子在磁场中做圆周运动的轨道半径C.可求得粒子在磁场中的运动时间D.不可求得粒子进入磁场时的速度2.如图所示，为一圆形区域的匀强磁场，在O点处有一放射源，沿半径方向射出速度为v的不同带电粒子，其中带电粒子1从A点飞出磁场，带电粒子2从B点飞出磁场，不考虑带电粒子的重力，则()A.带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷比值为3∶1B.带电粒子1的比荷与带电粒子2的比荷比值为3∶1C.带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间比值为2∶1D.带电粒子1与带电粒子2在磁场中运动时间比值为1∶23.如图所示，半径为R的绝缘筒中为匀强磁场区域，磁感应强度为B、磁感线垂直纸面向里一个质量为m、电荷量为q的正离子，以速度v从圆筒上C孔处沿直径方向射入筒内，如果离子与圆筒碰撞三次(碰撞时不损失能量，且时间不计)，又从C孔飞出，则离子在磁场中运动的时间为( )A．2πR/v B．πR/vC．2πm/qB D．πm/qB4. 如图所示，一半径为R 的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，一质量为m ，电荷量为q 的正电荷(重力忽略不计)以速度v 沿正对着圆心O 的方向射入磁场，从磁场中射出时速度方向改变了θ角．磁场的磁感应强度大小为( )A.mv qR tan θ2B.mv qR cot θ2C.mv qR sin θ2D.mv qR cosθ25. 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，则在磁场中运动时间越长的带电粒子( ) A ． 速率一定越小 B ． 速率一定越大C ． 在磁场中通过的路程越长D ． 在磁场中的周期一定越大6. 在以坐标原点O 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11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－x 方向射入磁场，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qm ；(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60°角，求磁感应强度B ′多大？此次粒子在磁场中运动所用时间t 是多少？7. 如右图所示，在某空间实验室中，有两个靠在一起的等大的圆柱形区域，分别存在着等大反向的匀强磁场，磁感应强度B ＝0．10 T ，磁场区域半径r ＝233 m ，左侧区圆心为O 1，磁场向里，右侧区圆心为O 2，磁场向外．两区域切点为C ．今有质量m ＝3．2×10－26kg ．带电荷量q ＝1．6×10－19C 的某种离子，从左侧区边缘的A 点以速度v ＝106 m/s正对O 1的方向垂直磁场射入，它将穿越C 点后再从右侧区穿出．求：(1) 该离子通过两磁场区域所用的时间．(2) 离子离开右侧区域的出射点偏离最初入射方向的侧移距离为多大？（侧移距离指垂直初速度方向上移动的距离）8. 如图所示，有一对平行金属板，两板相距为0.05m ．电压为10V ；两板之间有匀强磁场，磁感应强度大小为B 0=0.1T ，方向与金属板面平行并垂直于纸面向里．图中右边有一半径R 为0.1m 、圆心为O 的圆形区域内也存在匀强磁场，磁感应强度大小为33B =T ，方向垂直于纸面向里．一正离子沿平行于金属板面，从A 点垂直于磁场的方向射入平行金属板之间，沿直线射出平行金属板之间的区域，并沿直径CD 方向射入圆形磁场区域，最后从圆形区域边界上的F 点射出．已知速度的偏向角=3πθ ，不计离子重力．求：(1) 离子速度v 的大小； (2) 离子的比荷q /m ；(3) 离子在圆形磁场区域中运动时间t ．9.如图所示，在两个水平平行金属极板间存在着向下的匀强电场和垂直于纸面向里的匀强磁场，电场强度和磁感应强度的大小分别为E=2×106N/C和B1=0.1T，极板的长度l=33m，间距足够大．在板的右侧还存在着另一圆形区域的匀强磁场，磁场的方向为垂直于纸面向外，圆形区域的圆心O位于平行金属极板的中线上，圆形区域的半径R=33m．有一带正电的粒子以某速度沿极板的中线水平向右飞入极板后恰好做匀速直线运动，然后进入圆形磁场区域，飞出圆形磁场区域后速度方向偏转了60°，不计粒子的重力，粒子的比荷qm=2×108C/kg．求：(1)粒子的初速度v；(2)圆形区域磁场的磁感应强度B2的大小；(3)在其它条件都不变的情况下，将极板间的磁场B l撤去，为使粒子飞出极板后不能进入圆形区域的磁场，求圆形区域的圆心O离极板右边缘的水平距离d应满足的条件．考点4.3.2 “粒子不沿半径方向射入圆形磁场”边界问题特点：入射点与出射点关于磁场圆圆心与轨迹圆圆心连线对称，两心连线将轨迹弧平分、弦平分，圆心角平分。
带电粒子在圆形磁场区域运动规律
带电粒子在圆形磁场区域的运动规律处理带电粒子在匀强磁场中的圆周运动问题，关键就是综合运用平面几何知识与物理知识。
最重要的是，画出准确、清晰的运动轨迹。
对于带电粒子在圆形磁场区域中做匀速圆周运动，有下面两个规律，可以帮助大家准确、清晰画出带电粒子的圆周运动的轨迹。
规律一：带电粒子沿着半径方向射入圆形边界内的匀强磁场，经过一段匀速圆周运动偏转后，离开磁场时射出圆形区域的速度的反向延长通过边界圆的圆心。
规律二：入射速度方向（不一定指向区域圆圆心）与轨迹圆弧对应的弦的夹角为θ（弦切角），则出射速度方向与入射速度方向的偏转角为2θ，轨迹圆弧对应的圆心角也为θ2，并且初末速度方向的交点、轨迹圆的圆心、区域圆的圆心都在弧弦的垂直平分线上。
以上两个规律，利用几何知识很容易证明，在解题时，可以直接应用，请看下面的两个例子：例1如图1所示，在平面坐标系xoy 内，第Ⅱ、Ⅲ象限内存在沿y 轴正方向的匀强电场，第I 、Ⅳ象限内存在半径为L的圆形匀强磁场，磁场圆心在M （L ，0）点，磁场方向垂直于坐标平面向外．一带正电粒子从第Ⅲ象限中的Q （一2L ，一L ）点以速度0v 沿x 轴正方向射出，恰好从坐标原点O 进入磁场，从P （2L ，O ）点射出磁场．不计粒子重力，求： （1）电场强度与磁感应强度大小之比 （2）粒子在磁场与电场中运动时间之比 解析：（1）设粒子的质量和所带正电荷分别为m 和q ，粒子在电场中运动，由平抛运动规律得：102t v L =2121at L =，又牛顿运动定律得：ma qE = 粒子到达O 点时沿y +方向分速度为0v at v y ==，1tan 0==v v y α 故045=α，粒子在磁场中的速度为02v v =，应用规律二，圆心角为：0902=α，画出的轨迹如图2所示，由rm v Bqv 2=，由几何关系得L r 2=得：2v B E = （2）在磁场中运动的周期vrT π2=粒子在磁场中运动时间为02241v L T t π==图2图1得412π=t t 例2如图3所示，真空中有一以（r ，O ）为圆心，半径为r 的圆柱形匀强磁场区域，磁场的磁感应强度大小为B ，方向垂直于纸面向里，在y ≤一r 的范围内，有方向水平向右的匀强电场，电场强度的大小为E 。
高考物理带电粒子在磁场中偏转
带电粒子在磁场中偏转的求解策略带电粒子在磁场中偏转问题是历年高考的重点问题，同时也是热点问题。
总结考试中的诸多失误，集中在对这类问题的解法缺乏规律性的认识。
为此本文就求解这类题型的某些规律归纳如下。
一、基本思想因为洛伦兹力F始终与速度v垂直，即F只改变速度方向而不改变速度的大小，所以运动电荷垂直磁感线进入匀强磁场且仅受洛伦兹力时，一定做匀速圆周运动，由洛伦磁力提供向心力，即F€qvB€mv2/R。
带电粒子在磁场中运动问题大致可分两种情况：1.做完整的圆周运动（在无界磁场或有界磁场中）；2.做一段圆弧运动（一般在有界磁场中）。
无论何种情况，其关键均在圆心、半径的确定上。
二、思路和方法1.找圆心方法1：若已知粒子轨迹上的两点的速度方向，则可根据洛伦兹力F丄v，分别确定两点处洛伦兹力F的方向，其交点即为圆心。
方法2：若已知粒子轨迹上的两点和其中一点的速度方向，则可作出此两点的连线（即过这两点的圆弧的弦）的中垂线，再画出已知点v的垂线，中垂线与垂线的交点即为圆心。
方法3：若已知粒子轨迹上的两点和能求得的半径R，则可作出此两点连线的中垂线,从连线的端点到中垂线上的距离为R的点即为圆心。
方法4：若已知粒子入射方向和出射方向，及轨迹半径R，但不知粒子的运动轨迹，则可作出此两速度方向夹角的平分线，在角平分线上与两速度方向直线的距离为R的点即为圆心。
方法5：若已知粒子圆周运动轨迹上的两条弦，则两条弦的中垂线的交点即为圆心。
2.求半径圆心确定下来后，半径也随之确定。
一般可运用平面几何知识来求半径的长度。
3.画轨迹在圆心和半径确定后可根据左手定则和题意画出粒子在磁场中的轨迹图。
4.应用对称规律从一边界射入的粒子，若从同一边界射出时，则速度与边界的夹角相等；在圆形磁场区域内，若粒子沿径向射入，则必沿径向射出。
三、实例分析例1.如图1所示，两电子沿MN方向射入两平行直线间的匀强磁场，并分别以v、v12的速度射出磁场。
则v:v是多少？两电子通过匀强磁场所需时间之比t:t是多少？1212M—*MXXX X XXX X图1解析：利用上述方法1；可确定出两电子轨迹的圆心O］和圆心。
物理经典模型(五：磁场偏转)_最新修正版
物理经典模型（五：磁场偏转）［概述］:带电粒子在垂直进入匀强磁场做匀速圆周运动。
但从近年的高考来看，带电粒子垂直进入有界磁场中发生偏转更多，其中运动的空间还可以是组合形式的，如匀强磁场与真空组合、匀强磁场、匀强电场组合等，这样就引发出临界问题、数学等诸多综合性问题。
［要点］:从圆的完整性来看：完整的圆周运动和一段圆弧运动，即不完整的圆周运动。
无论何种问题，其重点均在圆心、半径的确定上，而绝大多数的问题不是一个循环就能够得出结果的，需要有一个从定性到定量的过程。
回旋模型三步解题法：①画轨迹：已知轨迹上的两点位置及其中一点的速度方向；已知轨迹上的一点位置及其速度方向和另外一条速度方向线。
②定圆心:(1)已知入射点、出射点、入射方向和出射方向时，可通过入射点和出射点分别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(如图甲所示，图中P为入射点，M为出射点)．(2)已知入射方向、入射点和出射点的位置时，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迹的圆心(如图乙所示，P为入射点，M为出射点)．③找联系：③利用带电粒子只受洛伦兹力时遵循的半径及周期公式联系速度与轨道半径相联系：往往构成一个直角三角形，可用几何知识（勾股定理或用三角函数）已知角度与圆心角相联系：常用的结论是“一个角两边分别与另一个角的两个边垂直，两角相等”；圆心角与速度偏向角的关系；时间与周期相联系：(或)带电粒子在有界磁场中运动的几种常见情形(1)直线边界(进出磁场具有对称性，如图所示) (2)平行边界(存在临界条件，如图所示)(3)圆形边界(沿径向射入必沿径向射出，如图所示)［误区］：洛伦兹力永远与速度垂直、不做功；重力、电场力做功与路径无关，只由初末位置决定，当重力、电场力做功不为零时，粒子动能变化。
因而洛伦兹力也随速率的变化而变化，洛伦兹力的变化导致了所受合外力变化，从而引起加速度变化，使粒子做变加速运动。
带电粒子在环形磁场中的运动
Bθ = Bθ (r) ， r = x2 + y2 ，
由螺线管电流线圈产生的环向场 Bϕ ，因
安匝数相同、由安路环路定理得
Bϕ
∞
1 R
，
图 2-5-5
则
Bϕ = B0R0 / R ，
B0 为轴心上的环向磁场，因为等离子体半径 a R0 ，所以等离子体中 P 点的
坐标 x R0 ， x / R0 1，则环向场
在 xy 平面投影，仍然是（2.5.12）方程，即
dr dx
=
±
vDB v Bθ
。
（2.5.16）
v 但是，现在（2.5.16）式中的 是随 x 变化的，
即 v ( x) 。因为捕获粒子的 v 比通行粒子的 v 小很多，而且在两个反射点 M1、
M2 处 v = 0 ，另外（2.5.16）式中“+”号对应于顺时针旋转，“－”号对应于逆
= v Bθ sinθ = v Bθ
B
B
= −v Bθ cosθ = −v By来自r Bθ Bx r
（3.5.9）
52
如果是逆时针方向旋转，上面两式都变个符号。导向中心运动
v = v +vD，
（2.5.10）
于是，将（2.5.9）式代入（2.5.10）式，得导向中心的 xy 平面上投影的运运方程 为
B ≈ Bϕ ≈ B0 (1− x / R0 ) ，
则
v
= v0
1− 1− x / R0 1− xM / R0
≈ v0
x − xM R0
（2.5.17）
这里 xM 为反射点 M1，M2 的横坐标，上式应用了 x / R0 1， xM R0 1条件。将
（2.5.17）式代入（2.5.16）方程，得
粒子在圆形边界磁场中的运动规律及运用
关 于 带 电粒 子 射入 圆形 边界 内部磁 场 的 “ 散 ” 发 规律
一
、
带 电 粒 子沿 着 半 径 方 向射 入 圆形 边 界 内 的 匀 强磁 场 ，经 过 段 匀 速 圆周 运 动 偏 转 后 ，离 开 磁 场 时 射 出 圆形 区域 的速 度 的 反 向延 长 通 过 边 界 圆的 圆 心 。 （ 个 结 论 根 据 平 面 几 何 知 识 ， 这 下 面 我 结 合 教 学 中的 实 践 把 关 于 电学 问题 的 解 题 方法 、步骤 及 技 巧 总结 如 下 ： （ 认 真 审题 ，理 解 题 意 出 相 应 的 电 路 同 并 标 注 已 知 １） 条 件 和 所求 物 理 量 。 （ ２）判 断 电路 的 连 接 方 式 ：在 解 决 电学 问 题 时 ，不 管 足 根 据题 意 画 出 的 电路 网 ，还 是 题 巾 已 给 出 电路 图 ，都 必 须 正 确 判 断 出 电 路 的 连 接 方 式 — — 串 联 或 并 联 。 具 体 方 法 有 定 义 解 析 １判 断 电 路 连 接 方 式 ： 电路 中 既 有 电 流 表 又 有 电 压 ． 法 、电流 法 、去 表 简 化 法 、节 点 法 。 表 可 将 电流 表 处 看 做 导 线 ， 电 压表 处 看 做 断 路 ，简 化 电 路 图 ， 再根据 电流 法 即可判断 当Ｓ 闭合 ，ｓ 断开 （ １ ２ 分号 前 ），Ｒ 断 ２ （ ３）明确各表 所测 ：在 解答 电学问题 时 ，我们 根据 电压 表 和 电 流 表 的 使 用 方 法 正 确 的判 断各 电 压 表 、 电 流 表 分 别 测 的 路 ，只有Ｒ１ 接人电路 ；当 Ｓ ，ｓ １ ２闭合 （ 分号后 ），则Ｒ１ 与
初 中 物 理 电 学 内容 在 每 年 的 中 考 中 都 有 相 、大 的 比分 ，它 Ｊ ， 即是 中学 物 理 的 重 点 内容 ，也 是 学 生 在 学 习 过 程 中特 别 是 在 运
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结论2：对准圆心射入，速度越大，偏转角和圆
心角都越小，运动时间精选越课件短。
3
例3 在真空中，半径r＝3×10－2 m的圆形区域内 有匀强磁场，方向如图2所示，磁感应强度B＝0.2 T， 一个带正电的粒子以初速度v0＝1×106 m/s从磁场 边界上直径ab的一端a射入磁场，已知该粒子的比荷
q/m ＝1×108 C/kg，不计粒子重力． (1)求粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径； (2)若要使粒子飞离磁场时有最大偏转角，求入射
结论3：运动半径相同(v相同)时，弧长越长对 应时间越长。
结论4：磁场圆的半径与轨迹圆的半径相同时,
“磁会聚”与“磁扩散”
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9
磁聚焦概括： 迁移与逆向、对称的物理思想！
一点发散成平行
R r
R r
平行会聚于一点
区域半径 R 与运动半径 r 相等
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10
例、（2009年浙江卷）如图，在xOy平面内与y轴平行的匀强
时v0与ab的夹角θ及粒子的最大偏转角．
(1)R＝5×10－2 m. (2)37o 74o
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4
结论3：运动速度v相同,方向不同，弧长越长
对应时间越长。(直径对应的弧最长)
精选课件
5
例4、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）
的容器可装．人类正在积极探索各种约束装置，
磁约束托卡马克装置就是其中一种．如图15所示为该装置的简化模
型．有一个圆环形区域，区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，已知
其截面内半径为R1＝1.0 m，磁感应强度为B＝1.0 T，被约束粒子的 比荷为q/m＝4.0×107 C/kg ，该带电粒子从中空区域与磁场交界面
13
解析 (1)设粒子在磁场中做圆周运动的最大半径为 R. 则 qv0B＝mv0 2/R R＝mBvq0＝1.0 m
如图甲所示，由几何关系得 R1 2＋R2＝R2－R
R2＝(1＋ 2) m＝2.41 m
(2)设粒子此时在磁场中做圆周运动的半径为 r.
则 r＝mBqv＝
33Bmqv0＝
3 3
m
如图乙所示，由几何关系得 θ＝arctan
电场，在半径为R的圆内还有与xOy平面垂直的匀强磁场。
在圆的左边放置一带电微粒发射装置，它沿x轴正方向发
射出一束具有相同质量m、电荷量q(q＞0)和初速度v的带
电微粒。发射时，这束带电微粒分布在0＜y＜2R的区间内。
已知重力加速度大小为g。
（1）从A点射出的带电微粒平行于x轴从C点进入有磁场区
域，并从坐标原点O沿y轴负方向离开，求电场强度和磁感
应强度的大小与方向。
y
（2）请指出这束带电微粒与x轴相 带
交的区域，并说明理由。
点 微
粒
（3）在这束带电磁微粒初速度变为
发 射
v C
R O/
装
2v，那么它们与x轴相交的区域又在 置
哪里？并说明理由。
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O
11 x
【答案】（1）；方向垂直于纸面向外（2）见解析
（3）与x同相交的区域范围是x>0.
带电粒子在圆形磁场中的运动
结论1：对准圆心射入,必定沿着圆心射出
精选课件
1
例1 电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏转技 术实现的。电子束经过电压为U的加速电场后，进入
一圆形匀强磁场区，如图所示。磁场方向垂直于圆面。
磁场区的中心为O，半径为r。当不加磁场时，电子束 将通过O点而打到屏幕的中心M点。为了让电子束射 到屏幕边缘P，需要加磁场，使电子束偏转一已知角 度θ，此时磁场的磁感应强度B应为多少？
精选课件
2
例2：在圆形区域的匀强磁场的磁感应强度为B，一
群速率不同的质子自A点沿半径方向射入磁场区域，
如图所示，已知该质子束中在磁场中发生偏转的最
大角度为1060，圆形磁场的区域的半径为R，质子
的质量为m，电量为e，不计重力，则该质子束的速
率范围是多大？
O4
v 3BeR
O3 O2
4m
O1
“让圆动起来”
圆弧应是磁场区域的下边界。
两边界之间图形的面积即为所求。图中的阴影区域面 积，即为磁场区域面积：
S2(1 4r2r22)(2精 选1 课)件m e22 B v0 2 2
7
带电粒子在Байду номын сангаас形磁场中运动的四个结论
结论1：对准圆心射入,必定沿着圆心射出
结论2：对准圆心射入，速度越大，偏转角和圆 心角都越小，运动时间越短。
33＝30°，∠POP′
甲
＝60° 故带电粒子进入磁场绕圆心 O′转过 360°－(180°
－60°)＝240°又回到中空部分，粒子的运动轨迹如图所示，
故粒子从 P 点进入磁场到第一次回到 P 点时，粒子在磁场
中运动时间为 t1＝3×23T＝2T T＝2Bπqm
粒子在中空部分运动时间为 t2＝6vR1，粒子运动的总时间为
乙
t＝t1＋t2＝4πm＋6R1＝5.74×10－7
精选课件
s
14
2.如右图所示，在半径为 R 的圆形区域内有匀强磁
y
y
【解析】 略
【关键】 图示
v AC
R O/
Pv R
Q
θR O/
O
x
图 (a)
O
x
图 (b)
y
装带 置点
微 粒 发 射
Pv Cr
R O/
精选课件
Q
O 图 (c)
x 12
例3 可控热核聚变反应堆产生能的方式和
太阳类似，因此，它被俗称为“人造太阳”．
热核反应的发生，需要几千万度以上的高温，
然而反应中的大量带电粒子没有通常意义上
y
v0
O
O1
x
O2 O3
O精5选O课4 件
6
解2: 磁场上边界如图线1所示。
y
设P(x，y)为磁场下边界上的一 点，经过该点的电子初速度与x轴
夹角为 ，则由图可知： x = rsin， y = r－rcos ，
1
v0 Oθ
P (x,y)
r
x
得: x2 + (y－r)2 = r2。
r
O
所以磁场区域的下边界也是半径为r，圆心为(0，r)的
的P点以速度v0＝4.0×107 m/s沿环的半径方向射入磁场(不计带电
粒子在运动过程中的相互作用，不计带电粒子的重力)．
(1)为约束该粒子不穿越磁场外边界，求磁场区域的最小外半径R2 (2)若改变该粒子的入射速度v，使v＝ 3 v0，求该粒子从P点进入磁 场开始到第一次回到P点所需要的时间t.3
答案 (1)2.41 m (2)5.精74选×课件10－7 s