带电粒子在匀强磁场中的运动专题
一、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的程序解题法 三步法 1. 画轨迹：即画出轨迹，确定圆心，用几何方法求半径。
2. 找联系：轨道半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，在磁 场中运动的时间与周期相联系。
3?用规律：即用牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式、半径公式。
例题1、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 径AOB^向射入磁场，经过 A t时间从C点射出磁场，OCW OB成 60°角。现 将带电粒子的速度变为 在磁场中的运动时间变为
1 A. 2 A t
B. 2A t
v从A点沿直
v/3，仍从A点沿原方向射入磁场，不计重力，则粒子
( )
1 C.3A t
D. 3 A t
例题2、如图，虚线 OL与y轴的夹角0 = 60°,在此角范围内有垂直于 磁感应强度大小xOy平面向外的匀强磁场， x轴射入磁为 B —质量为m电荷量为q(q>0)的粒子从左侧平行于 粒子在磁场中运动的轨道半径为 场，入射点为M x轴交于P点(图中未
R粒子离开磁场后的运动轨迹与
O?R不计重力。求 M点到O点的距离和粒子在磁场中运动的时间。
画出)，且
二、带电粒子在磁场中运动的多解问题 1?带电粒子电性不确定形成多解
受洛伦兹力作用的带电粒子，可能带正电，也可能带负电，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， 形成多解。如图甲所示，带电粒子以速率 v垂直进入匀强磁场， 如带正电, 其轨迹为a,如带负电，其轨迹为 b。
2. 磁场方向不确定形成多解
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，此时必须要考虑磁感应强度方向不确定而形成 的多解。如图乙所示，带正电粒子以速率
v垂直进入匀强磁
场，如B垂直纸面向里，其轨迹为 a,如B垂直纸面向外，其轨迹为 bo 3. 临界状态不唯一形成多解
因此，它可能穿过去了,
带电粒子在洛伦兹力作用下飞越有界磁场时， 由于粒子运动轨迹是圆弧状，
也可能转过180°从入射界面这边反向飞出， 如图甲所示，于是形成了多解。 4.运动的周期性形成多解
带电粒子在部分是电场， 部分是磁场的空间运动时， 运动往往具有往复性， 从而形成多
解，如图乙所示。
例题3、如图所示，垂直于纸面向里的匀强磁场分布在正方形
域内，O点是ed边的中点。一个带正电的粒子仅在洛伦兹力的作用下，
abed区
b
从0点沿纸面以垂直于 ed边的速度射入正方形内， 经过时间to刚好从 e点射出磁场。现设法使该带电粒子从 0点沿纸面以与Od成30°的方 向，以大小不同的速率射入正方形内， 正确的是(
)
粒子重力不计。
那么下列说法中
A.若该带电粒子从 B.若该带电粒子从
ab边射出，它经历的时间可能为 be边射出，它经历的时间可能为
亠
、
t 0
5t o T 5to
C.若该带电粒子从
ed边射出，它经历的时间为 —
ad边射出，它经历的时间可能为
2to
D.若该带电粒子从
例题4、如图甲所示，M N为竖直放置彼此平行的两块平板，板间距离为 d,两板中央各有一个小
孔O O正对，在两板间有垂直于纸面方向的磁场，磁感应强度随时间的变化如图乙所示，设垂直 纸面向里的磁场方向为正方向。
有一群正离子在t = 0时垂直于 M板从小孔0射入磁场。已知正离子
质量为m带电荷量为q,正离子在磁场中做匀速圆周运动的周期与磁感应强度变化的周期都为 不考虑由于磁场变化而产生的电场的影响。求： (1) 磁感应强度Bo的大小；
(2) 要使正离子从 O孔垂直于N板射出磁场，正离子射入磁场时的速度
To,
vo的可能值。
练习:
1、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(q>0)、质量为m的粒子沿平行于
R
直径ab的方向射入磁场区域，射入点与 磁场时运动方向间的夹角为 A.
ab的距离为2。已知粒子射出磁场与射入
)
60°,则粒子的速率为(不计重力)(
3
qBR
qBR
2m
B.q^ C.
D沁
2m m
￡1
2、两个质量相同、所带电荷量相等的带电粒子
a、b,以不同的速率对准圆心
O沿着AO方向射入圆
形匀强磁场区域，其运动轨迹如图所示。若不计粒子的重力，则下列说法正确 的是( ) A. a粒子带正电，b粒子带负电B. a粒子在磁场中所受洛伦兹力较大
￡1
C. b粒子动能较大 D. b粒子在磁场中运动时间较长
3、如图所示，边界 0A与0C之间分布有垂直纸面向里的匀强磁场，边界 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 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 从边界0C射出的粒子在磁场中运动的最短时间等于
6
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
T
0A上有一粒子源 S某一
(不计粒子的重力及粒子间的相互作
OC射出磁场。已知/ AOC= 60°,
(T为粒子在磁场中运动
( )
T
A. 3
T
B. 2 2T C. 3 5T D._ 6
4、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两匀强磁场， 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电量为e, sin 53 ° = 0.8)。 ⑴ 求电子能从第三象限射出的入射速度
v的范围；
―k ? . K K K K
(2) 若电子从jo, 2 '位置射出，求电子在磁场I中运动的时间 (3) 求第(2)问中电子离开磁场H时的位置坐标。
t ；
X H X
d
X M X
H K
X M X K
d
o
2
：
u：:
三、带电粒子在复合场中的运动 1 .复合场与组合场
(1) 复合场：电场、磁场、重力场共存，或其中某两场共存。
(2) 组合场：电场与磁场各位于一定的区域内，并不重叠，或在同一区域，电场、磁场分时间段或分 区域交替出现。 2?带电粒子在复合场、组合场中的常见运动
静止或匀速 直线运动 当带电粒子在复合场中所受合力为零时，将处于静止状态或匀速 直线运动状态 当带电粒子所受的重力与电场力大小相等，方向相反时带电粒 子在洛伦兹力的作用匀速圆 周运动 下，在垂直于匀强磁场的平面内做匀速圆周 运动 较复杂的 曲线运动 当带电粒子所受合力的大小和方向均变化，且与初速度方向不在 同一条直线上，粒子做非匀变速曲线运动，这时粒子运动轨迹既 不是圆弧，也不是抛物线
分阶段运动 带电粒子可能依次通过几个情况不冋的组合场区域，其运动情况
随区域发生变化，其运动过程由几种不同的运动阶段组成 3、带电粒子在复合场中运动的应用实例
装置
原理图 规律
粒子由静止被加速电场加速
在磁场中做匀速圆周运动
qvB=-^，则比
mv
2
q 2U m= BV
交流电的周期和粒子做圆周运动的周期相 等，粒子在圆周运动过程中每次经过
回旋加 速器
2
D形
盒缝隙都会被加速。由
qvB=—得Ekm=
r
q2B2r2 2m
速度选 择器
动
等离子体射入，受洛伦兹力偏转，使两极板
磁流体 发电机
若qvoB= Eq,即vo=，，粒子做匀速直线运
B
U
带正、负电，两极电压为U时稳定，qd= qvoB, U= BdM U
U
U D
电磁量计 霍尔 效应
4、带电粒子在组合场中的运动：“
内容 项目 垂直进入磁场（磁偏转） 牛 ■ V Djq=qvB,所以 v = DB 所以 Q= vS= DBn 2
2
当磁场方向与电流方向垂直时， 导体在与磁 场、电流方向都垂直的方向上出现电势差
电偏转”和“磁偏转”的比较
垂直进入电场（电偏转） 情景图 I- h * 恤 th nt *、谓； 4> * + ? + 4 匚 鬥 卞 妙… X 受力 FB= qvoB大小不变，方向总指向圆 心，方向变化，FB为变力 匀速圆周运动 运动规律
mw 2 n m r = T= Bq， Bq FE= qE, FE大小、方向不变，为恒 力 类平抛运动 Vx = vo, Vy = t , X= vot , m Eq
带电粒子在匀强磁场中的运动专题
