高考物理带电粒子在磁场中的运动解题技巧讲解及练习题(含答案)

【答案】（1）【解析】 【分析】 【详解】

121mREqR；（2）R；；（3）2π。

2n?1Eqm（1）由题可知，粒子进入静电分析器做圆周运动，则有：

mv2 Eq?R解得：v?EqR m（2）粒子从D到A匀速圆周运动，轨迹如图所示：

由图示三角形区域面积最小值为：

R2 S?2在磁场中洛伦兹力提供向心力，则有：

mv2 Bqv?R得：

R?mv Bq设MN下方的磁感应强度为B1，上方的磁感应强度为B2，如图所示：

若只碰撞一次，则有：

R1?Rmv? 2B1qR2?R?故

mv B2qB21? B12若碰撞n次，则有：

R1?Rmv? n?1B1qR2?R?B21?故 B1n?1（3）粒子在电场中运动时间：

mv B2qt1?在MN下方的磁场中运动时间：

2?R??4v2mR Eqt2?n?11mmR?2?R1???R?? 2vEqREq12?R2?t3???4v2mR Eq在MN上方的磁场中运动时间：

总时间：

t?t1?t2?t3?2?mR Eq

4．如图所示，在长度足够长、宽度d=5cm的区域MNPQ内，有垂直纸面向里的水平匀强磁场，磁感应强度B=0.33T．水平边界MN上方存在范围足够大的竖直向上的匀强电场，电场强度E=200N/C．现有大量质量m=6.6×10﹣27kg、电荷量q=3.2×10﹣19C的带负电的粒子，同时从边界PQ上的O点沿纸面向各个方向射入磁场，射入时的速度大小均为V=1.6×106m/s，不计粒子的重力和粒子间的相互作用．求：

(1)求带电粒子在磁场中运动的半径r；

(2)求与x轴负方向成60°角射入的粒子在电场中运动的时间t；

(3)当从MN边界上最左边射出的粒子离开磁场时，求仍在磁场中的粒子的初速度方向与x轴正方向的夹角范围，并写出此时这些粒子所在位置构成的图形的曲线方程． 【答案】（1）r=0.1m （2）t?3.3?10?4s （3）30?60 曲线方程为

x2?y2?R2(R?0.1m,【解析】 【分析】 【详解】

3m?x?0.1m) 20v2（1）洛伦兹力充当向心力，根据牛顿第二定律可得qvB?m，解得r?0.1m

r（2）粒子的运动轨迹如图甲所示，由几何关系可知，在磁场中运动的圆心角为30°，粒子平行于场强方向进入电场，

粒子在电场中运动的加速度a?粒子在电场中运动的时间t?解得t?3.3?10?4s

qE m2v a（3）如图乙所示，由几何关系可知，从MN边界上最左边射出的粒子在磁场中运动的圆心角为60°，圆心角小于60°的粒子已经从磁场中射出，此时刻仍在磁场中的粒子运动轨迹的圆心角均为60°，

则仍在磁场中的粒子的初速度方向与x轴正方向的夹角范围为30°~60° 所有粒子此时分别在以O点为圆心，弦长0.1m为半径的圆周上，

曲线方程为x?y?R ??R?0.1m,22???3m?x?0.1m?? 20?

【点睛】

带电粒子在组合场中的运动问题，首先要运用动力学方法分析清楚粒子的运动情况，再选择合适方法处理．对于匀变速曲线运动，常常运用运动的分解法，将其分解为两个直线的合成，由牛顿第二定律和运动学公式结合求解；对于磁场中圆周运动，要正确画出轨迹，由几何知识求解半径

5．如图所示，在第一象限内存在匀强电场，电场方向与x轴成45°角斜向左下，在第四象限内有一匀强磁场区域，该区域是由一个半径为R的半圆和一个长为2R、宽为

R的矩形2组成，磁场的方向垂直纸面向里．一质量为m、电荷量为+q的粒子(重力忽略不计)以速度v从Q(0，3R)点垂直电场方向射入电场，恰在P(R，0)点进入磁场区域．

(1)求电场强度大小及粒子经过P点时的速度大小和方向； (2)为使粒子从AC边界射出磁场，磁感应强度应满足什么条件；

(3)为使粒子射出磁场区域后不会进入电场区域，磁场的磁感应强度应不大于多少?

2mv2【答案】(1) E?；2v，速度方向沿y轴负方向

4qR(2)

82mv22mv227?1mv(3) ?B?5qRqR3qR??【解析】 【分析】 【详解】