带电粒子在磁场中的运动
编稿：周军审稿：隋伟
【学习目标】
1．掌握带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的特点和解决此类运动的方法
2．理解质谱仪和回旋加速器的工作原理和作用
【要点梳理】
要点一：带电粒子在匀强磁场中的运动
要点诠释：
1．运动轨迹
带电粒子（不计重力）以一定的速度v进入磁感应强度为B的匀强磁场中：
（1）当v∥B时，带电粒子将做匀速直线运动；
（2）当v⊥B时，带电粒子将做匀速圆周运动；
（3）当v与B的夹角为θ（θ≠0°，90°，180°）时，带电粒子将做等螺距的螺旋线运动．
说明：电场和磁场都能对带电粒子施加影响，带电粒子在匀强电场中只在电场力作用下，可能做匀变速直线运动，也可能做匀变速曲线运动，但不可能做匀速直线运动；在匀强磁场中，只在磁场力作用下可以做曲线运动．但不可能做变速直线运动．
2．带电粒子在匀强磁场中的圆周运动
如图所示，带电粒子以速度v垂直磁场方向入射，在磁场中做匀速圆周运动，设带电粒子的质量为m，所带的电荷量为q．
（1）轨道半径：由于洛伦兹力提供向心力，则有
2
v
qvB m
r
=，得到轨道半径
mv
r
qB
=．
（2）周期：由轨道半径与周期之间的关系
2r
T
v
π
=可得周期
2m
T
qB
π
=．
说明：（1）由公式
mv
r
qB
=知，在匀强磁场中，做匀速圆周运动的带电粒子，其轨道半径跟运动速率
成正比．
（2）由公式
2m
T
qB
π
=知，在匀强磁场中，做匀速圆周运动的带电粒子，周期跟轨道半径和运动速率
均无关，而与比荷q
m
成反比．
注意：
mv
r
qB
=与
2m
T
qB
π
=是两个重要的表达式，每年的高考都会考查．但应用时应注意在计算说明
题中，两公式不能直接当原理式使用．
要点二：带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的问题分析要点诠释：
1．分析方法
研究带电粒子在匀强磁场中做圆周运动的问题，应遵循“一找圆心，二找半径R=mv ／qB ，三找周期T=2πm ／Bq 或时间”的基本方法和规律，具体分析为： （1）圆心的确定
带电粒子进入一个有界磁场后的轨道是一段圆弧，如何确定圆心是解决问题的前提，也是解题的关键．首先，应有一个最基本的思路：即圆心一定在与速度方向垂直的直线上．通常有两种确定方法： ①已知入射方向和出射方向时，可以通过入射点和出射点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，O 为轨道圆心）．
②已知入射方向和出射点的位置时，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道的圆心（如图乙所示，P 为入射点，M 为出射点，O 为轨道圆心）．
（2）运动半径的确定：
作入射点、出射点对应的半径，并作出相应的辅助三角形，利用三角形的解析方法或其他几何方法，求解出半径的大小，并与半径公式mv
r Bq
=
联立求解． （3）运动时间的确定
粒子在磁场中运动一周的时间为T ，当粒子运动的圆弧所对应的圆心角为α时，其运动时间可由下式表示：360t T α
=
?
（或2t T α
π
=
）．可见粒子转过的圆心角越大，所用时间越长． 2．有界磁场
（1）磁场边界的类型如图所示
（2）与磁场边界的关系
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当速度v 一定时，弧长（或弦长）越长，圆周角越大，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，圆周角越大的，运动的时间越长． （3）有界磁场中运动的对称性
①从某一直线边界射入的粒子，从同一边界射出时，速度与边界的夹角相等； ②在圆形磁场区域内，沿径向射入的粒子，必沿径向射出． 3．解题步骤
带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的解题方法——三步法： （1）画轨迹：即确定圆心，几何方法求半径并画出轨迹．
（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．
注意：
（1）带电粒子射出磁场的速度方向与射入磁场的速度方向之间的夹角?叫做偏向角，偏向角等于圆弧轨道PM 对应的圆心角α，即α?=，如图所示．
（2）圆弧轨道PM 所对圆心角α等于PM 弦与切线的夹角（弦切角）θ的2倍，即2αθ=，如图所示．
要点三：质谱仪
要点诠释： （1）构造
质谱仪由粒子注入器、加速电场、速度选择器、偏转电场和照相底片组成，如图所示．
（2）工作原理 ①加速：2
12
qU mv =
， ②偏转：2
v qvB m r
=，
由以上两式得：粒子在磁场中作匀速圆周运动的半径12mu
r B q
=
。
可见从粒子打在底片上的位置可以测出圆周半径r ，进而可以算出粒子的比荷
222q U
m B r
=或算出它的质量22
2qB r m U
=．
（3）应用：测定带电粒子的质量和分析同位素 要点四：回旋加速器
要点诠释：
（1）构造：回旋加速器是用磁场控制较适用电场进行加速的仪器．它由两个中空的半圆金属盒构成，两盒间留有缝隙置于真空中，如图所示．
（2）工作原理
回旋加速器的工作原理如图所示．放在A 0处的粒子源发出一个带正电的粒子，它以某一速率v 0垂直进入匀强磁场中，在磁场中做匀速圆周运动．经过半个周期，当它沿着半圆A 0A 1时，我们在A 1A 1＇处设置一个向上的电场，使这个带电粒子在A 1A 1＇处受到一次电场的加速，速率由v 0增加到v 1，然后粒子以速率v 1在磁场中做匀速圆周运动．我们知道，粒子的轨道半径跟它的速率成正比，因而粒子将沿着增大了的圆周运动．又经过半个周期，当它沿着半圆弧A 1＇A 2＇到达A 2＇时，我们在A 2＇A 2处设置一个向下的电场，使粒子又一次受到电场的加速，速率增加到v 2．如此继续下去，每当粒子运动到A 1A 1＇、A 3A 3＇等处时都使它受到一个向上电场的加速，每当粒子运动到A 2＇A 2、A 4＇A 4等处时都使它受到一个向下电场的加速，那么，粒子将沿着图示的螺旋线回旋下去，速率将一步一步地增大． （3）回旋加速器的旋转周期
在A 、A ＇间处加一个交变电场，使它的变化周期等于带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动的周期
2m
T Bq
π=
，就可以保证粒子每经过A 、A ＇时都正好赶上适合的电场方向而被加速． （4）带电粒子的最终能量
当带电粒子的速度最大时，其运动半径也最大，由牛顿第二定律2mv qvB r =，得qBr
v m
=，若D 形盒
的半径为R ，则r=R ，带电粒子的最终动能
2
222
2max
11222qBR q B R E mv m m m
??==?=
???． 说明：（1）使带电粒子在回旋加速器的金属盒中运动，是利用了金属盒的静电屏蔽作用，不受外界电
场干扰，带电粒子在金属盒内只受洛伦兹力作用而做匀速圆周运动．
（2）回旋加速器中所加交变电压的频率为f ，与带电粒子做匀速圆周运动的频率相等：12qB
f T m
π=
=
． （3）要使粒子射出的动能222max
2q B R E m
=增大，就要使磁场的磁感应强度B 以及D 形盒的半径R 增
大，而与加速电压U 的大小无关（U ≠0）．加速电压的高低只会影响带电粒子加速的总次数，并不影响回旋加速后的最大动能．
（4）带电粒子在回旋加速器中的运行时间t 等于带电粒子在磁场中的回旋时间t 磁与在电场中的加速时间t 电之和，即224nd n m nmd
t t t nT qB qBR v
π=+=+
=+磁电（式中n 为回旋圈数，d 为两D 形盒的缝隙，R
为Q 形盒的半径），因为两半圆形D 型金属盒之间的缝隙很小，故带电粒子在电场中的加速时间可以忽略不计，故2n m
t qB
π=
． （5）回旋加速器加速的带电粒子，能量达到25 MeV ～30 MeV 后就很难再加速了．原因是按照狭义相
对论，粒子的质量随着速度的增大而增大．而质量的变化会导致其回旋周期的变化，从而破坏了与电场变化周期的同步．
要点五：“电偏转”与“磁偏砖”的区别
所谓“电偏转”与“磁偏转”是指分别利用电场和磁场对运动电荷施加作用，从而控制其运动方向，类型 比较
垂直电场线进入匀强电场
（不计重力）——电偏转
垂直磁感线进入匀强磁场 （不计重力）——磁偏转
受力情况 电场力F=Eq ，大小、方向不变 洛伦兹力F=Bqv ，大小不变，方向随v 而改变 运动类型 类似平抛运动 匀速圆周运动或其一部分 运动轨迹 抛物线
圆或圆的一部分
运动图示
求解方法处理 横向偏移y 和偏转角?要通过类似平
抛运动的规律求解 横向偏移y 和偏转角?要结合圆的几何关系通过对圆周运动的讨论求解
运动的变化
电场力与速度的夹角越来越小，动能不断增大，并增大得越来越快
洛伦兹力不做功，所以动能保持不变
【典型例题】
类型一、带电粒子在匀强磁场中的圆周运动
例1、 质子（1
1H ）和α粒子（4
2He ）从静止开始经相同的电势差加速后垂直进入同一匀强磁场做圆周运动，则这两个粒子的动能之比E k1∶E k2=________，轨道半径之比r 1∶r 2=________，周期之比T 1∶T 2=________．
【答案】 1∶2 12 1∶2
【解析】 本题考查了带电粒子经电场加速后进入匀强磁场做匀速圆周运动的问题． 粒子在电场中加速时，只有电场力做功，由动能定理得
2
12
qU mv =
． 故k1k21212E E q U q U q q 12===∶
∶∶∶． 由2
12
qU mv =
得2qU v m =
． 又由牛顿第二定律，设粒子在磁感应强度为B 的匀强磁场中做圆周运动，则2
mv qvB r
=．
故圆周半径212mv m qU mU
r qB qB m B q
=
== 所以121212
12m m r r q q =
=∶∶∶
粒子做圆周运动的周期 2m
T qB
π=
． 故 12
1212
12m m T T q q =
=∶∶∶． 【点评】 关于带电粒子在匀强磁场中的运动问题，应注意以下三点：
（1）带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力，即2v qvB m r =得mv r qB =，22r m
T v qB
ππ==；
（2）带电粒子在磁场中运动的周期与速度无关；
（3）洛伦兹力永不做功，粒子运动的速率大小不变． 举一反三
【高清课程：带电粒子在磁场中的运动 例2】
【变式】两个粒子，带电量相等, 在同一匀强磁场中只受磁场力而作匀速圆周运动（ ） A 、若速率相等，则半径必相等 B 、若质量相等，则周期必相等 C 、若动量相等，则半径必相等 D 、若动能相等，则周期必相等 【答案】BC
类型二、带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动时间的计算
例2、如图所示，一束电子（电荷量为e ）以速度v 垂直射入磁感应强度为B ，宽度为d 的匀强磁场中，穿过磁场时速度方向与电子原来入射方向的夹角为30°，则电子的质量是______________，穿入磁场的时间是_________________
【答案】2/dBe v
3d
v
π
【解析】电子在磁场中运动，只受洛伦兹力作用，故其轨迹是圆弧的一部分，又因为F 洛⊥v ，故圆心在电子穿入和穿出磁场时受到洛伦兹力方向的交点上，如图中O 点。由几何知识可知，AB 所对圆心角
30θ=?，OB 为半径r 。r d sin30 2 d /=?=，又由r mv Be /=得m 2dBe v /=。由于AB 所对圆心
角是30°，因此穿过磁场区域的时间30136012t T T ?=
?=?，由于2m T eB π=，故12123m d
t Be v
ππ=?=
。 【点评】对带电粒子的匀速圆周运动的求解，关键是画出匀速圆周运动的轨迹，利用几何知识找出圆
心及相应的半径，从而找到圆弧所对应的圆心角。
举一反三
【变式1】一个负离子，质量为m ，电荷量大小为q ，以速率v 垂直于屏S 经过小孔O 射入存在着匀强磁场的真空室中，如图所示。磁感应强度B 的方向与离子的运动方向垂直，并垂直于图中纸面向里。
（1）求离子进入磁场后到达屏S 上时的位置与O 点的距离。
（2）如果离子进入磁场后经过时间t 到达位置P ，证明：直线OP 与离子入射方向之间的夹角θ跟t 的关系是2qB
t m
θ=
。
【解析】（1）离子的初速度与匀强磁场的方向垂直，在洛伦兹力作用下，做匀速圆周运动。设圆半径
为r ，则据牛顿第二定律可得：2v Bqv m r =，解得mv r Bq
=。
如图所示，
离子回到屏S 上的位置A 与O 点的距离为：AO=2r ，所以2mv
AO Bq
=
。 （2）当离子到位置P 时，圆心角：vt Bq t r m α=
=,因为2αθ=，所以2qB t m
θ=。 【高清课程：带电粒子在磁场中的运动 例4】
【变式2】如图所示，在直线MN 的右侧有磁感应强度为B 的匀强磁场，方向垂直纸面向里。电子(电量e 、质量m )以速度v 从MN 上的孔A ，垂直于MN 方向射入匀强磁场，途经P 点，并最终打在MN 上的C 点、已知AP 连线与速度方向的夹角为θ，不计重力。求
（1）A 、C 之间的距离
（2）从A 运动到P 点所用的时间。 【答案】2mv AC 2r eB ==
22m t T 2eB
θθ
π==
类型三、带电粒子在有界磁场中运动的临界问题
例3、一磁场宽度为L ，磁感应强度为B ，如图所示，一电荷质量为m ，带电荷量为－q ，不计重力，以一速度（方向如图）射入磁场。若不使其从右边界飞出，则电荷的速度应为多大？
【答案】0(1cos )
BqL
v m θ<≤
+
【解析】若要粒子不从右边界飞出，则当达到最大速度时，半径最大，此时运动轨迹如图所示，即轨迹恰好和右边界相切。
由几何关系可求得最大半径r ，即cos r r L θ+=. 所以 1cos L
r θ
=
+。
由牛顿第二定律得2
Bqv mv / r =。 所以 max (1cos )
Bqr BqL
v m m θ=
=+。 【点评】解答此类问题的关键是画出粒子的轨迹，定出圆心，并根据粒子进入磁场时的初始条件和
射出条件找到极值（边界）条件。确定半径时要用到几何知识，且根据边角关系来确定。 类型四、带电粒子在匀强磁场中运动的边界问题
例4、如图甲所示，在x 轴的上方（y ≥0）存在着垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度为B 。在原点O 有一个离子源向x 轴上方的各个方向发射出质量为m ，电荷量为q 的正离子，速率都为v ，对那些在xy 平面内运动的离子，在磁场中可能到达的最大值为x=________，y=________。
【答案】
2mv qB 2mv
qB
【解析】根据左手定则可以判断出：正离子在匀强磁场中做匀速圆周运动，其偏转方向为顺时针方向，射到y 轴上最远的离子是沿x 轴负方向射出的离子。而射到x 轴上最远的离子是沿y 轴正方向射出的离子。这两束离子可能到达的最大x 、y 值恰好是圆周的直径，如图乙所示。
【点评】①粒子在磁场中做匀速圆周运动时到达的最远点在以入射点为圆心，以轨道的直径为半径的圆周上。②边界上的入射状态或某些特殊放射方向，往往决定着带电粒子的运动范围（或边界）。例本题中，沿x 轴负方向射入的粒子和沿着y 轴正方向射入的粒子，决定着它在y 方向和x 方向上到达的最远点。 类型五、带电粒子进入圆形磁场中运动
例5、电视机的显像管中，电子束的偏转是用磁偏技术实现的。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，如图甲所示。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？
【答案】12tan 2
mU B r e θ
=
【解析】题目选取一个现实问题，解题的关键是根据题意作图，如图所示。
电子在磁场中沿圆弧ab 运动，圆心为C ，半径为R 。以v 表示电子进入磁场时的速度，m 、e 分别表示
电子的质量和电荷量，则212eU mv = , 2mv evB R = 又有tan 2r
R
θ=
由以上各式解得122
mU B r e θ
=
。
【点评】带电粒子射入圆形匀强磁场区域时，入射方向和粒子离开磁场时的方向存在着对称性。由数
学的知识可以证明：粒子沿着圆形区域半径的方向入射必将沿着半径的方向射出！一般地说入射方向与圆形磁场的半径成多大的角，则出射方向也与半径成多大的角。 类型六、带电粒子在匀强磁场中的偏转
例6、一带电质点，质量为m ，电量为q ，以平行于x 轴以速度v 从y 轴上的a 点进入图中第一象限所示的区域，为了使该质点能从x 轴上b 点以垂直于x 轴的速度v 射出，可在适当的地方加一个垂直于xy 平面，磁感强度为B 的匀强磁场，若此磁场仅分布在一个圆形内，试求这圆形磁场区域的最小半径（重力忽略不计）。
【答案】2222mv
R r qB
=
=
【解析】粒子运动速度方向转过90°角，所以粒子必在磁场中转过
1
4
圆弧，并且圆弧半径必为mv r qB =，
圆弧轨迹与过a 点且与y 轴相垂直的直线和过b 点与x 轴相垂直的直线相切。
分别过a 点和b 点作平行于x 轴和y 轴的两条直线，它们与粒子圆弧轨迹相切于a ＇和b ＇，则实线''a b 为粒子在磁场中运动的轨迹，如图所示。
为保证''a b 在磁场内，并且磁场区域为最小的圆，显见磁场区域应以''a b 连线为其直径，如图中的虚线圆所示。所示，磁场圆形区域半径的数学表达式为：2222mv
R r qB
=
=
。 【点评】①数学知识的灵活运用是解决本题的关键。②不能认为粒子从a 到b 点始终在磁场中运动。
类型七、关于回旋加速器的计算分析
例7、回旋加速器是用来加速一群带电粒子使它获得很大动能的仪器，其核心部分是两个D 形金属扁盒，两盒分别和一高频交流电源两极相接，以便在盒间窄缝中形成匀强电场，使粒子每穿过狭缝都得到加速，两盒放在匀强磁场中，磁场方向垂直于盒底面，粒子源置于盒的圆心附近，若粒子源射出的粒子电荷量为q ，质量为m ，粒子最大回旋半径为R max ，其运动轨迹如图，问： （1）盒内有无电场？
（2）粒子在盒内做何种运动？
（3）所加交流电频率应是多大，粒子角速度为多大？ （4）粒子离开加速器时速度为多大，最大动能为多少？
（5）设两D 形盒间电场的电势差为U ，盒间距离为d ，其电场均匀，求加速到上述能量所需时间。
【解析】扁形盒由金属导体制成，扁形盒可屏蔽外电场，盒内只有磁场而无电场，带电粒子在扁形盒内做匀速圆周运动，在窄缝间做匀加速直线运动，由于粒子在电场内运动时间极短，要使粒子每次在窄缝间都得到加速，交流电压频率必须等于粒子在D 形盒间运动的回旋频率。由mv
R qB
=
，可求出最大回旋半径所对应的最大动能，粒子每旋转一周两次通过窄缝，旋转一周增加能量2qU 。据求得的最大能量便可求得粒子在磁场中旋转次数n ，粒子在磁场中运动时间即为nT 。在旋转n 次过程中，粒子在D 形盒的两窄缝间通过总路程为2nd ，每次通过时粒子加速度未变，粒子通过2nd 的整个过程可视为初速度为零的匀加速直线运动，由匀变速直线运动公式又可求出粒子在两窄缝间运动时间。 （1）扁盒由金属导体制成，具有屏蔽外电场作用，盒内无电场。 （2）带电粒子在盒内做匀速圆周运动，每次加速之后半径变大。
（3）粒子在电场中运动时间极短，因此高频交流电压频率要等于粒子回旋频率，因为2m
T qB
π=
，回旋频率12qB f T m π=
=
角速度2qB
f m
ωπ== （4）粒子最大回旋半径为R max ，则由牛顿第二定律得2
max max max
mv qv B R =，故max
max qBR v m =
最大动能222
22
max max
max max 122q B R E mv R m
==∝ （5）粒子每旋转一周增加能量2qU 。提高到E max ，则旋转周数22
max
4qB R n mU
=
在磁磁场中运动的时间222
max max
242qB R BR m t nT mU qB U
ππ==?=磁
若忽略粒子在电场中运动时间，t 磁可视为总时间，若考虑粒子在电场中运动时间，在D 形盒两窄缝间的运动可视为初速度为零的匀加速直线运动。
2
122Uq n d t dm ?=电
，所以t 电将22
max 4qB R n mU =代入得：max dBR t U =电 所以粒子在加速过程中的总时间
max max (2)
2BR R d t t t U
π+=+=
总电磁，通常t t 电
磁（因为max d R ）
【点评】回旋加速器是一种重要的仪器，其原理就是让带电粒子在金属盒内多次加速，磁场使其偏移，金属盒间缝很窄，弄清带电粒子的运动就不难解答问题。
带电粒子在磁场中的运动 例 1. 如图所示,在宽度为 d 磁感应强度为 B 、水平向外的匀强磁场矩形区域内,一带电粒子以初速度 v 入射, 粒子飞出时偏离原方向60°,利用以上数据可求出下列物理量中的哪几个 A. 带电粒子的比荷 B. 带电粒子在磁场中运动的周期 C. 带电粒子的质量 D. 带电粒子在磁场中运动的半径变式 . 若带电粒子以初速度 v 从 A 点沿直径入射至磁感应强度为 B , 半径为 R 的圆形磁场, 粒子飞出时偏离原方向 60°,利用以上数据可求出下列物理量中的哪几个 应用 1、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入磁场区域( A . 从 Od 边射入的粒子, 出射点全部分布在 Oa 边 B . 从 aO 边射入的粒子, 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 边射入的粒子,出射点分布在 ab 边和 bc 边 应用 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 10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,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 2. 如图所示, 一束电子流以不同速率, 由边界为圆形的匀强磁场的边界上一点 A , 沿直径方向射入磁场,已知磁感应强度方向垂直圆平面,则电子在磁场中运动时:( A 轨迹长的运动时间长 B 速率大的运动时间长 C 偏转角大的运动时间长 D 速率为某一值时不能穿出该磁场
运动的描述基础知识点归纳质点1.，而具有（质量）的点。）没有（体积）、（大小）（1 。（2）质点是一个（理想化）的物理模型，实际（并不存在）而是看在所研究的问题中物体的形状、并不取决于这个物体的大小，3）一个物体能否看成质点，（大小和物体上各部分运动情况的差异是否为可以忽略的次要因素，要具体问题具体分析。参考系2.，叫做机械运动，简称运动。1）物体相对于其他物体的（位置变化）（。2）在描述一个物体运动时，选来作为标准的（即假定为不动的）另外的物体，叫做（参考系）（对参考系应明确以下几点：。①对同一运动物体，选取不同的物体作参考系时，对物体的观察结果往往（不同）②在研究实际问题时，选取参考系的基本原则是能对研究对象的运动情况的描述得到尽量的（简，能够使解题显得简捷。化）③因为今后我们主要讨论地面上的物体的运动，所以通常取（地面）作为参照系路程和位移3.）位移是表示质点（位置变化）的物理量。路程是质点（运动轨迹）的长度。（1）位移是（矢）量，可以用以（初位置）指向（末位置）的一条有向线段来表示。因此，位移2（的大小等于物体的（初位置）到（末位置）的直线距离。路程是（标）量，它是质点运动（轨迹）的长度。因此其大小与（运动路径）有关。）一般情况下，运动物体的路程与位移大小是（不同）的。只有当质点做（直线）运动时，路（3 是（位移）。ACB的长度是（路程），AB 程与位移的大小才相等。图1-1中质点轨迹 C C B B A A 1-1 图 （路程）不能用来表达物体）在研究机械运动时，（位移）才是能用来描述位置变化的物理量。（4 路，我们就说不出终了位置在何处。O点起走了50m的确切位置。比如说某人从、速度、平均速度和瞬时速度4）跟发生这S（1）速度是表示物体运动快慢的物理量，可以理解为位移变化快慢。它等于（位移，其方向就。速度是（矢）量，既有（大小）也有（方向））的比值。即v=s/tt段位移所用（时间。m/s）是（物体运动的方向）。在国际单位制中，速度的单位（米/秒）平均速度是描述作变速运动物体运动（快慢）的物理量。一个作变速运动的物体，如果在一2（）为物体在这段时间（或这段位移）上的平均速度。平（s/t内的位移为s, 则我们定义v=段时间t 均速度也是（矢）量，其方向就是（物体在这段时间内的位移的方向）。）瞬时速度是指运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度。从物理含义上看，瞬时速度指某（3 。，简称（速率）一时刻附近极短时间内的平均速度。瞬时速度的大小叫（瞬时速率）、匀速直线运动5定义：物体在一条直线上运动，如果在相等的时间内位移相等，这种运动叫做匀速直线运（1）质点在相等时间内通过的，质点在相等时间内通过的位移（相等）动。根据匀速直线运动的特点，，质点在相等时间内的位移大小和路程（相等）。路程（相等），质点的运动方向（相同）图象图象和v-t—）（2 匀速直线运动的xt图象）就是以纵轴表示位移，以横轴表示时间而作出的反映物体运动规律的x-t）位移图象（（1 。数学图象，匀速直线运动的位移图线是（通过坐标原点的一条直线）图象是一条平行于横轴（时间轴）的直线，如图所示。v-t）匀速直线运动的2（．由图可以得到速度的（大小和方向），如v1=20m/s,v2=-10m/s，表明一个质点沿（正）方向以（20m/s）
带电在匀强磁场中的运动 (大庆实验中学2015-2016学年高二上学期期中)7．如图所示，一个带正电q 的小带电体处于一匀强磁场中，磁场垂直纸面向里，磁感应强度为B ．带电体质量为m ，为了使它对水平绝缘面正好无压力，应（ ） A ．使 B 数值增大 B ．使磁场以速率v=向上移动 C ．使磁场以速率v=向右移动 D ．使磁场以速率v= 向左移动 【考点】共点力平衡的条件及其应用；洛仑兹力． 【分析】小球能飘离平面的条件：竖直向上的洛伦兹力与重力平衡，由左手定则可知，当洛伦兹力竖直向上时，电荷向右运动，根据相对运动小球不动时，磁场相对小球向左运动． 【解答】解：小球能飘离平面的条件，竖直向上的洛伦兹力与重力平衡即：qvB=mg ，得： ，根据相对运动当小球不动 时，磁场相对小球向左运动．故选项D 正确，ABC 错误． 故选：D 【点评】考查了运动电荷在磁场中的运动，用左手定则判断洛伦兹力的方向，注意小球飘离地面的条件． (哈尔滨师大附属中2014-2015学年高二上学期期末)12．【多选】如图所示，两根长直导线竖直插入光滑绝缘水平桌面上的M 、N 两小孔中，O 为M 、N 连线中点，连线上a 、b 两点关于O 点对称。两导线通有大小相等、方向相反的电流。已知长直导线周围产生的磁场的磁感应强度B ＝k I r ，式中k 是常数，I 是导线中的电流、r 为点到导线的距离。一带负电的小球以初速度v 0从a 点出发沿连线运动到b 点。关于上述过程，下列说法正确的是 BC A ．小球先做加速运动后做减速运动 B ．小球一直做匀速直线运动 C ．小球对桌面的压力先减小后增大 D ．小球对桌面的压力先增大后减小 (大庆实验中学2015-2016学年高二上学期期末) 【多选】12. 如图所示，在垂直纸面向里的水平匀强磁场中，水平放置一根粗糙绝缘细直杆，有一个重力不能忽略、中间带有小孔的带正电小球套在细杆上。现在给小球一个水平向右的初速度v0，假设细杆足够长，小球在运动过程中电荷量保持不变，杆上各处的动摩擦因数相同，则小球运动的速度v 与时间t 的关系图像可能是 BD (牡丹江一中2013-2014学年高二上学期期末)8．如图所示，空间存在垂直于纸面向里的磁感应强度为B 的匀强磁场，场内有一绝缘的足够长的直杆，它与水平面的倾角为θ，一带电量为－q 、质量为m 的带负电的小球套在直杆上，从A 点由静止沿杆下滑，小球与杆之间的动摩擦因数为μ，在小球以后运动的过程中，下列说法正确的是( B ) A ．小球下滑的最大速度为v ＝mgsin θ μBq B ．小球下滑的最大加速度为am ＝gsin θ C ．小球的加速度一直在减小 D ．小球的速度先增大后减小 (黑龙江某重点中学2014-2015届高二上学期期末) 【多选】 7. 如图所示，一带正电的滑环套在水平放置且足够长的粗糙绝缘杆上，整个装置处于方向如图所示的匀强磁场中.现给环施以一个水平向右的速度，使其运动，则滑环在杆上的运动情况可能是( ABD ) A.先做减速运动，后做匀速运动 B.一直做减速运动，直到静止 C.先做加速运动，后做匀速运动 D.一直做匀速运动 (大庆实验中学2012-2013学年高二11月月考) (安达市高级中学2013-2014学年高二下学期开学检测) 【多选】4. 如图所示，一个质量为m 、电荷量为＋q 的圆环，可在水平放置的足够长的粗糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B 的匀强磁场中，不计空气阻力，现给圆环向右的初速度v 0，在以后的运动过程中，圆环运动的速度图象可能是下图中的( AD )
运动的描述基础知识点归纳 1.质点 （1）没有（体积）、（大小），而具有（质量）的点。 （2）质点是一个（理想化）的物理模型，实际（并不存在）。 （3）一个物体能否看成质点，并不取决于这个物体的大小，而是看在所研究的问题中物体的形状、大小和物体上各部分运动情况的差异是否为可以忽略的次要因素，要具体问题具体分析。 2.参考系 （1）物体相对于其他物体的（位置变化），叫做机械运动，简称运动。 （2）在描述一个物体运动时，选来作为标准的（即假定为不动的）另外的物体，叫做（参考系）。 对参考系应明确以下几点： ①对同一运动物体，选取不同的物体作参考系时，对物体的观察结果往往（不同）。 ②在研究实际问题时，选取参考系的基本原则是能对研究对象的运动情况的描述得到尽量的（简化），能够使解题显得简捷。 ③因为今后我们主要讨论地面上的物体的运动，所以通常取（地面）作为参照系 3.路程和位移 （1）位移是表示质点（位置变化）的物理量。路程是质点（运动轨迹）的长度。 （2）位移是（矢）量，可以用以（初位置）指向（末位置）的一条有向线段来表示。因此，位移的大小等于物体的（初位置）到（末位置）的直线距离。路程是（标）量，它是质点运动（轨迹）的长度。因此其大小与（运动路径）有关。 （3）一般情况下，运动物体的路程与位移大小是（不同）的。只有当质点做（直线）运动时，路程与位移的大小才相等。图1-1中质点轨迹ACB 的长度是（路程），AB 是（位移）。 （4）在研究机械运动时，（位移）才是能用来描述位置变化的物理量。（路程）不能用来表达物体 的确切位置。比如说某人从O 点起走了50m 路，我们就说不出终了位置在何处。 4、速度、平均速度和瞬时速度 （1）速度是表示物体运动快慢的物理量，可以理解为位移变化快慢。它等于（位移S ）跟发生这段位移所用（时间t ）的比值。即v=s/t 。速度是（矢）量，既有（大小）也有（方向），其方向就是（物体运动的方向）。在国际单位制中，速度的单位（米/秒m/s ）。 （2）平均速度是描述作变速运动物体运动（快慢）的物理量。一个作变速运动的物体，如果在一段时间t 内的位移为s, 则我们定义v=（s/t ）为物体在这段时间（或这段位移）上的平均速度。平均速度也是（矢）量，其方向就是（物体在这段时间内的位移的方向）。 （3）瞬时速度是指运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度。从物理含义上看，瞬时速度指某一时刻附近极短时间内的平均速度。瞬时速度的大小叫（瞬时速率），简称（速率）。 5、匀速直线运动 （1） 定义：物体在一条直线上运动，如果在相等的时间内位移相等，这种运动叫做匀速直线运动。根据匀速直线运动的特点，质点在相等时间内通过的位移（相等），质点在相等时间内通过的路程（相等），质点的运动方向（相同），质点在相等时间内的位移大小和路程（相等）。 （2） 匀速直线运动的x —t 图象和v-t 图象 （1）位移图象（x-t 图象）就是以纵轴表示位移，以横轴表示时间而作出的反映物体运动规律的数学图象，匀速直线运动的位移图线是（通过坐标原点的一条直线）。 （2）匀速直线运动的v-t 图象是一条平行于横轴（时间轴）的直线，如图所示。 由图可以得到速度的（大小和 方向），如 A B C A B C 图1-1 V/m .s -1 t/s O -10 10 20 V 1 V 2 15 10 5
考点4.7 周期性与多解问题 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，由于电性不同，当速度相同时，正、负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解． 如图6甲所示，带电粒子以速度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：有些题目只已知磁感应强度的大小，而不知其方向，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，带正电粒子以速度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b. 3．临界状态不唯一形成多解：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， 因此，它可能穿过去，也可能转过180°从入射界面这 边反向飞出，从而形成多解，如图丙所示． 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，如图丁所示． 一圆筒的横截面如图所示，其圆心为O.筒有垂直于纸面向里的匀 强磁场，磁感应强度为B.圆筒下面有相距为d的平行金属板M、N，其中 M板带正电荷，N板带等量负电荷.质量为m、电荷量为q的带正电粒子 自M板边缘的P处由静止释放，经N板的小孔S以速度v沿半径SO方 向射入磁场中.粒子与圆筒发生两次碰撞后仍从S孔射出.设粒子与圆筒碰 撞过程中没有动能损失，且电荷量保持不变，在不计重力的情况下，求： (1)M、N间电场强度E的大小； (2)圆筒的半径R.
(3)保持M、N间电场强度E不变，仅将M板向上平移，粒子仍从M板边缘的P处 由静止释放粒子自进入圆筒至从S孔射出期间，与圆筒的碰撞次数n。 1.如图所示，在纸面有磁感应强度大小均为B，方向相反的匀强磁场，虚线等边三角形ABC 为两磁场的理想边界。已知三角形ABC边长为L，虚线三角形为方向垂直纸面向外的匀强磁场，三角形外部的足够大空间为方向垂直纸面向里的匀强磁 场。一电量为+q、质量为m的带正电粒子从AB边中点P垂直AB 边射入三角形外部磁场，不计粒子的重力和一切阻力，试求： (1)要使粒子从P点射出后在最快时间通过B点，则从P点射出 时的速度v0为多大？ (2)满足（1）问的粒子通过B后第三次通过磁场边界时到B的 距离是多少？ (3)满足（1）问的粒子从P点射入外部磁场到再次返回到P点的最短时间为多少？画出 粒子的轨迹并计算。
带电粒子在磁场中的运动 例1.如图所示，在宽度为d 磁感应强度为B 、水平向外的匀强磁场矩形区域内，一带电粒子以初速度v 入射，粒子飞出时偏离原方向60°，利用以上数据可求出下列物理量中的哪几个 A.带电粒子的比荷 B.带电粒子在磁场中运动的周期 C.带电粒子的质量 D.带电粒子在磁场中运动的半径 变式.若带电粒子以初速度v 从A 点沿直径入射至磁感应强度为B ，半径为R 的圆形磁场，粒子飞出时偏离原方向60°，利用以上数据可求出下列物理量中的哪几个 应用1、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入磁场区域 ( ) A ．从 Od 边射入的粒子，出射点全部分布在 Oa 边 B ．从 aO 边射入的粒子，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 边射入的粒子，出射点分布在ab 边和bc 边 应用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10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，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2.如图所示，一束电子流以不同速率，由边界为圆形的匀强磁场的边界上一点A ，沿直径方向射入磁场，已知磁感应强度方向垂直圆平面，则电子在磁场中运动时：（ ） A 轨迹长的运动时间长 B 速率大的运动时间长 C 偏转角大的运动时间长 D 速率为某一值时不能穿出该磁场 变式.如右图所示，直角三角形ABC 中存在一匀强磁场，比荷相同的两个粒子沿AB 方向射入磁场，分别从AC 边上的P 、Q 两点射出，则 A.从P 射出的粒子速度大 B.从Q 射出的粒子速度大 C.从P 射出的粒子，在磁场中运动的时间长 D.两粒子在磁场中运动的时间一样长 例3.如右图所示，在半径为R 的圆形区域内充满磁感应强度为B 的匀强磁场，MN 是一竖直放置的感光板.从圆形磁场最高点P 垂直磁场射入大量的带正电、电荷量为q 、质量为m 、速度为v 的粒子，不考虑粒子间的相互作用力，关于这些粒子的运动以下说法正确的是 A.只要对着圆心入射，出射后均可垂直打在MN 上 B.对着圆心入射的粒子，其出射方向的反向延长线不一定过圆心 C.对着圆心入射的粒子，速度越大在磁场中通过的弧长越长，时间也越长 D.只要速度满足m qBR v / ，沿不同方向入射的粒子出射后均可垂直打在MN 上（出射速度有什么关系？）若相同速率平行经过p 点的直径进入磁场，出射点又有什么规律？
一式三份运动和力 一、运动的描述 1、机械运动：在物理学中，我们把物体位置的变化叫机械运动。 2、参照物：判断一个物体是运动的，还是静止的，要看是以哪个物体作标准，这个被选作标准的物 体叫参照物。 3、运动和静止的相对性：研究物体时，如果选择的参照物不同，对其运动的描述不一定相同，可见物 体的运动和静止是相对的 二、运动的快慢 1、定义：运动物体单位时间内通过的路程的多少。 2、物理意义：速度是表示物体运动快慢的物理量。 3、公式：v=s/t 4、单位：国际单位是m/s，常用单位是km/h. 换算关系：1m/s=3.6km/h 5、运动的分类 （1）匀速直线运动：速度不变，沿着直线的运动。匀速直线运动的速度是一个定值，与路程无关，与时间无关。 （2）变速运动：变速运动的速度只做粗略研究，通过公式计算出的速度叫平均速度。说一个物体的平均速度必须指明某段路程或某段时间的平均速度，否则毫无意义；s和t有严格的对应关系，必须对应同一运动过程 三、长度、时间的测量 1、长度的测量 （1）单位：米 （2）测量工具：刻度尺 正确使用刻度尺：刻度尺的使用要做到会观察、会放置、会读数、会计录。 会观察——刻度尺的量程、分度值和零刻度是否磨损。 会放置——刻度尺要沿着被测物体的长度，刻度线要紧靠被测物体，找准零刻度线或选取一个整刻度线和被测物体一端对齐。 会读数——视线要和尺面垂直，读数时要估读到分度值的下一位。 会记录——测量结果应由数字和单位组成。 2、时间测量
（1）单位：秒 （2）测量工具：表 3、误差：测量值与真实值之间的差异 四、力 1、力的概念 （1）力是物体对物体的作用。力不能脱离物体而存在，在力的作用中必定存在着施力物体和受力物体，受力物体就是我们分析物体受力情况的研究对象 （2）物体间力的作用是相互的，因此施力物体与受力物体是相互对的，施力物体同是也是受力物体。 两者同时出现同时消失。 2、力的作用效果 （1）力能使物体的运动状态发生改变，物体的运动状态是用物体运动速度和方向和速度的大小来描述的，只要其中之一发生了变化，我们就说物体的运动状态发生了变化。 （2）力能使物体发生形变，即能使物体的形状或体积发生改变。 3、力的三要素：力的大小、方向、作用点叫做力的三要素，它们都影响力的作用效果。 4、力的单位：牛顿，简称牛，用符号N表示。 5、力的示意图：在物理学中，通常用一根带箭头的线段形象地表示力；在受力物体上，沿力的方向画一条线段，在线段的末端画一个箭头表示力的方向；用线段的起点或终点表示力的作用点；在箭头的旁边标出力的符号和大小，这种表示力的方法叫力的示意图。 五、弹力 1、弹性：物体受力时发生形变，不受力时又恢复原状的性质叫弹性 2、弹力：物体由于发生弹性形变而产生的力叫弹力。如绳子的拉力、物体对桌面的压力、桌面对物体的支持力、弹簧的弹力都属于弹力 3、测量力的工具：弹簧沿力计 制作原理：在弹性限度内，弹簧受到的拉力越大，它的伸长量就越长。 六、重力 1、重力：地面附近的的物体，由于地球的吸引而受到力的。用符号G表示，重力的施力物体是地球 2、重力的三要素 （1）大小：物体所受的重力跟它的质量成正比。 表达式：G=mg 其中，g为常数，大小为9.8N/kg，它表示质量是1kg的物体所受的重力是9.8N。
目 录 一、引言 ........................................................................................ 1 二、认识等离子体 ........................................................................ 1 三、单粒子轨道运动 .................................................................... 5 3.1带电粒子在均匀电场中的运动学特性 .. (5) 3.1.10v 与E 垂直或平行时带电粒子的运动轨迹 (5) 3.1.20v 与E 成任一夹角时带电粒子的运动轨迹 (5) 3.2带电粒子在均匀磁场中的运动学特性 .......................... 6 3.2.1洛伦兹力 .. (6) 3.2.2粒子的初速度0v 垂直于B ...................................... 7 3.2.3粒子的初速度0v 与B 成任一夹角时 (8) 3.3带电粒子在均匀电磁场中的运动学特性 (10) 3.3.10v 、E 和B 两两相互垂直 (10) 3.3.20v 与E 成任一夹角，B 垂直它们构成的平面 (12) 四、小结 ...................................................................................... 16 参考文献 .. (16)
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，由于电性不同，当速度相同时，正、负粒子在磁场中运动轨迹不同，形成多解． 如图1甲所示，带电粒子以速度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. 图1 2．磁场方向不确定形成多解：有些题目只已知磁感应强度的大小，而不知其方向，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，带正电粒子以速度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b. 3．临界状态不唯一形成多解：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，因此，它可能穿过磁场飞出，也可能转过180°从入射界面这边反向飞出，从而形成多解，如图2甲所示． 图2 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． 典例1(多选)如图17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后刚好从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()
图17 A ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是53t 0，则它一定从cd 边射出磁场 B ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是23 t 0，则它一定从ad 边射出磁场 C ．若该带电粒子在磁场中经历的时间是54 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 答案 AC 解析 如图所示，作出刚好从ab 边射出的轨迹①、刚好从bc 边射出的轨 迹②、从cd 边射出的轨迹③和刚好从ad 边射出的轨迹④.由从O 点沿纸面 以垂直于cd 边的速度射入正方形内，经过时间t 0后刚好从c 点射出磁场可 知，带电粒子在磁场中做圆周运动的周期是2t 0.可知，从ad 边射出磁场经历的时间一定小于13t 0；从ab 边射出磁场经历的时间一定大于等于13t 0，小于56 t 0；从bc 边射出磁场经历的时间一定大于等于56t 0，小于43t 0；从cd 边射出磁场经历的时间一定是53 t 0. 典例2 如图18所示，在坐标系xOy 中，第一象限内充满着两个匀强磁场a 和b ，OP 为分界线，在磁场a 中，磁感应强度为2B ，方向垂直于纸面向里，在磁场b 中，磁感应强度为B ，方向垂直于纸面向外，P 点坐标为(4l,3l )．一质量为m 、电荷量为q 的带正电粒子从P 点沿y 轴负方向射入磁场b ，经过一段时间后，粒子恰能经过原点O ，不计粒子重力．求： 图18 (1)粒子从P 点运动到O 点的最短时间是多少？ (2)粒子运动的速度可能是多少？ 答案 (1)53πm 60qB (2)25qBl 12nm (n ＝1,2,3，…)
带电粒子在有界磁场中运动的临界问题 “临界问题”大量存在于高中物理的许多章节中， 如“圆周运动中小球能过最高点的速度条 件” “动量中的避免碰撞问题”等等， 这类题目中往往含有“最大”、 “最高”、“至少”、 “恰好”等词语，其最终的求解一般涉及极值，但关键是找准临界状态。带电粒子在有界磁 场中运动的临界问题，在解答上除了有求解临界问题的共性外，又有它自身的一些特点。 、解题方法 画图T 动态分析T 找临界轨迹。 （这类题目关键是作图，图画准了，问题就解决了一大 半，余下的就只有计算了——这一般都不难。 ） 、常见题型 （B 为磁场的磁感应强度，V 。为粒子进入磁场的初速度） r ①旳方向一定，大小不确定一第一类 I 』确宦 < ②V 。犬小 一亦方向不确定——第二类 ■③旳大小、方向都不确定一第三类 分述如下: 第一类问题： 例1如图1所示，匀强磁场的磁感应强度为 B,宽度为d ,边界为CD 和EF 。一电子从 CD 边界 外侧以速率 V 。垂直匀强磁场射入，入射方向与CD 边界夹角为0。已知电子的质量为 m 电荷量为e ,为使电子能从磁场的另一侧 EF 射出，求电子的速率 v o 至少多大？ 2.行不确宦 -①巾确定 ——第四类 {——五类
例2如图3所示，水平线 MN 下方存在垂直纸面向里的磁感应强度为 B 的匀强磁场，在 MN 线上某点O 正下方与之相距 L 的质子源S,可在纸面内360°范围内发射质量为 m 电量 为e 、速度为 V o =BeL / m 的质子，不计质子重力，打在 MN 上的质子在 O 点右侧最远距离 OP ，打在O 点左侧最 远距离 OO 。 分析：首先求出半径得r =L ,然后作出临界轨迹如图 4所示（所有从 S 发射出去的质子 做圆周运动的轨道圆心是在以 S 为圆心、以r =L 为半径的圆上，这类问题可以先作出这一圆 ——就是圆心的集合，然后以圆上各点为圆心，作出一系列动态圆） ，O 諒L , OQL 。 【练习】如图5所示，在屏MN 勺上方有磁感应强度为 B 的匀强磁场，磁场方向垂直纸面 向里。P 为屏上的一小孔，PC 与MN 垂直。一群质量为 m 带电荷量为一q 的粒子（不计重力）， 分析：如图2，通过作图可以看到：随着 界EF 相切，然后就不难解答了。 第二类问题： V o 的增大，圆半径增大，临界状态就是圆与边
运动的描述知识点总结 一、质点参考系和坐标系 1、质点： ①定义：---------------。质点是一种理想化的模型，是科学的抽象。 ②物体可看做质点的条件：研究物体的运动时，物体的大小和形状对研究结果的影响可以忽略。且物体能否看成质点，要具体问题具体分析。 ③物体可被看做质点的几种情况: (1)平动的物体通常可视为质点． (2)有转动但相对平动而言可以忽略时，也可以把物体视为质点． (3)同一物体，有时可看成质点，有时不能．当物体本身的大小对所研究问题的影响不能忽略时，不能把物体看做质点，反之，则可以． [关键一点] 不能以物体的大小和形状为标准来判断物体是否可以看做质点，关键要看所研究问题的性质．当物体的大小和形状对所研究的问题的影响可以忽略不计时，物体可视为质点． 2、参考系：描述一个物体的运动时，选来作为标准的的另外的物体。 运动是---的，静止是---的。一个物体是运动的还是静止的，都是相对于参考系在而言的。 参考系的选择是任意的，被选为参考系的物体，我们假定它是静止的。选择不同的物体作为参考系，可能得出不同的结论，但选择时要使运动的描述尽量的简单。 通常以地面为参考系。 二、时间与位移 1、时间和时刻： 时刻是指-------，用时间轴上的一个--来表示，它与状态量相对应；时间是指起始时刻到终止时刻之间的间隔，用时间轴上的------来表示，它与过程量相对应。 2.路程和位移（A） （1）位移是表示质点位置变化的物理量。路程是质点运动轨迹的长度。 （2）位移是矢量，可以用以初位置指向末位置的一条有向线段来表示。因此，位移的大小等于物体的初位置到末位置的直线距离。路程是标量，它是质点运动轨迹的长度。因此其大小与运动路径有关。 （3）一般情况下，运动物体的路程与位移大小是不同的。只有当质点做单一方向的直线运动时，路程与位移的大小才相等。图1-1中质点轨迹ACB的长度是路程，AB是位移S。
带电粒子在磁场中的运动 带电粒子在匀强磁场中作圆周运动的问题是近几年高考的热点，这些考题不但涉及到洛伦兹力作用下的动力学问题，而且往往与平面图形的几何关系相联系，成为考查学生综合分析问题、运用数字知识解决物理问题的难度较大的考题。但无论这类问题情景多么新颖、设问多么巧妙，其关键一点在于规范、准确地画出带电粒子的运动轨迹。只要确定了带电粒子的运动轨迹，问题便迎刃而解。下面举几种确定带电粒子运动轨迹的方法。 一、对称法 带电粒子如果从匀强磁场的直线边界射入又从该边界射出，则其轨迹关于入射点和出射点线段的中垂线对称，且入射速度方向与出射速度方向与边界的夹角相等（如图1）；带电粒子如果沿半径方向射入具有圆形边界的匀强磁场，则其射出磁场时速度延长线必过圆心（如图2）。利用这两个结论可以轻松画出带电粒子的运动轨迹，找出相应的几何关系。 例1．如图3所示，直线MN上方有磁感应强度为B的匀强磁场。正、负电子同时从同一点O以与MN成30°角的同样速度v射入磁场（电子质量为m，电荷为e），它们从磁场中射出时相距多远？射出的时间差是多少？ 解析：正、负电子的半径和周期是相同的。只是偏转方向相反。先确定圆心，画出半径和轨迹（如图4），由对称性知：射入、射出点和圆心恰好组成正三角形。所以两个射出点 相距s=2r=，由图还看出经历时间相差，所以解此题的关键是找圆心、找半径和用对称。
例2．如图5所示，在半径为r的圆形区域内，有一个匀强磁场。一带电粒子以速度v0从M点沿半径方向射入磁场区，并由N点射出，O点为圆心。当∠MON＝120°时，求：带电粒子在磁场区的偏转半径R及在磁场区中的运动时间。 解析：分别过M、N点作半径OM、ON的垂线，此两垂线的交点O'即为带电粒子作圆周运动时圆弧轨道的圆心，如图6所示。 由图中的几何关系可知，圆弧MN所对的轨道圆心角为60°，O、O'的边线为该圆心角的角平分线，由此可得带电粒子圆轨道半径为R=r/tan30°= 又带电粒子的轨道半径可表示为：故带电粒子运动周期： 带电粒子在磁场区域中运动的时间 二、旋转圆法 在磁场中向垂直于磁场的各个方向发射速度大小相同的带电粒子时，带电粒子的运动轨迹是围绕发射点旋转的半径相同的动态圆（如图7），用这一规律可快速确定粒子的运动轨迹。
带电粒子在有界磁场中运动的临界问题 “临界问题”大量存在于高中物理的许多章节中，如“圆周运动中小球能过最高点的速度条件”“动量中的避免碰撞问题”等等，这类题目中往往含有“最大”、“最高”、“至少”、“恰好”等词语，其最终的求解一般涉及极值，但关键是找准临界状态。带电粒子在有界磁场中运动的临界问题，在解答上除了有求解临界问题的共性外，又有它自身的一些特点。 一、解题方法 画图→动态分析→找临界轨迹。（这类题目关键是作图，图画准了，问题就解决了一大半，余下的就只有计算了──这一般都不难。） 二、常见题型（B为磁场的磁感应强度，v0为粒子进入磁场的初速度） 分述如下： 第一类问题： 例1 如图1所示，匀强磁场的磁感应强度为B，宽度为d，边界为CD和EF。一电子从CD边界外侧以速率v0垂直匀强磁场射入，入射方向与CD边界夹角为θ。已知电子的质量为m，电荷量为e，为使电子能从磁场的另一侧EF射出，求电子的速率v0至少多大？
分析：如图2，通过作图可以看到：随着v0的增大，圆半径增大，临界状态就是圆与边界EF相切，然后就不难解答了。 第二类问题： 例2如图3所示，水平线MN下方存在垂直纸面向里的磁感应强度为B的匀强磁场，在MN线上某点O正下方与之相距L的质子源S，可在纸面内360°范围内发射质量为m、电量为e、速度为v0=BeL/m的质子，不计质子重力，打在MN上的质子在O点右侧最远距离OP=________，打在O点左侧最远距离OQ=__________。 分析：首先求出半径得r=L，然后作出临界轨迹如图4所示（所有从S发射出去的质子做圆周运动的轨道圆心是在以S为圆心、以r=L为半径的圆上，这类问题可以先作出这一圆 ──就是圆心的集合，然后以圆上各点为圆心，作出一系列动态圆），OP=，OQ=L。 【练习】如图5所示，在屏MN的上方有磁感应强度为B的匀强磁场，磁场方向垂直纸面向里。P为屏上的一小孔，PC与MN垂直。一群质量为m、带电荷量为－q的粒子（不计重力），
带电粒子在磁场中的运动 练习题 1. 如图所示，一个带正电荷的物块m 由静止开始从斜面上A 点下滑，滑到水平面BC 上的D 点停下来．已知物块与斜面及水平面间的动摩擦因数相同，且不计物块经过B 处时的机械能损失．先在ABC 所在空间加竖直向下的匀强电场，第二次让物块m 从A 点由静止开始下滑，结果物块在水平面上的D′点停下来．后又撤去电场，在ABC 所在空间加水平向里的匀强磁场，再次让物块m 从A 点由静止开始下滑，结果物块沿斜面滑下并在水平面上的D″点停下来．则以下说法中正确的是( ) A ．D′点一定在D 点左侧 B ．D′点一定与D 点重合 C ．D″点一定在 D 点右侧 D ．D″点一定与D 点重合 2. 一个质量为m 、带电荷量为+q 的圆环，可在水平放置的足够长的粗 糙细杆上滑动，细杆处于磁感应强度为B 的匀强磁场中．现给圆环向右初速度v 0，A ． B ． C ． D ． 子从ad 的中点垂直于电场和磁场方向射入，恰沿直线从bc 边的中点P 射出，若撤去磁场，则粒子从c 点射出；若撤去电场，则粒子将（重力不计）（ ） A ．从b 点射出 B ．从b 、P 间某点射出 C ．从a 点射出 D ．从a 、b 间某点射出 4. 如图所示，在真空中匀强电场的方向竖直向下，匀强磁场的方向垂直纸面向里，三个油滴a 、b 、c 带有等量同种电荷，其中a 静止，b 向右做匀速运动，c 向左匀速运动，比较它们的重力Ga 、Gb 、Gc 的大小关系，正确的是（ ） A ．Ga 最大 B ．Gb 最大 C ．Gc 最大 D ．Gb 最小 5. 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v /3，仍从A 点射入磁场，不计重力，则粒子在磁场中的运动时间变为 ( ) A.t ?2 1 B. t ?2 C. t ?3 1 D. t ?3 6. 如图所示，在xOy 平面内存在着磁感应强度大小为B 的匀强磁场，第一、二、四象限内的磁场方向垂直纸面向里，第三象 限内的磁场方向垂直纸面向外．P (－L 2,0)、Q (0，－L 2)为坐标轴上的两个
运动的描述知识点总结
运动的描述知识点总结 一、质点参考系和坐标系 1、质点： ①定义：---------------。质点是一种理想化的模型，是科学的抽象。 ②物体可看做质点的条件：研究物体的运动时，物体的大小和形状对研究结果的影响可以忽略。且物体能否看成质点，要具体问题具体分析。 ③物体可被看做质点的几种情况: (1)平动的物体通常可视为质点． (2)有转动但相对平动而言可以忽略时，也可以把物体视为质点． (3)同一物体，有时可看成质点，有时不能．当物体本身的大小对所研究问题的影响不能忽略时，不能把物体看做质点，反之，则可以． [关键一点] 不能以物体的大小和形状为标准来判断物体是否可以看做质点，关键要看所研究问题的性质．当物体的大小和形状对所研究的问题的影响可以忽略不计时，物体可视为质点． 2、参考系：描述一个物体的运动时，选来作为标准的的另外的物体。 运动是---的，静止是---的。一个物体是运动的还是静止的，都是相对于参考系在而言的。 参考系的选择是任意的，被选为参考系的物体，我们假定它是静止的。选择不同的物体作为参考系，可能得出不同的结论，但选择时要使运动的描述尽量的简单。 通常以地面为参考系。 二、时间与位移 1、时间和时刻： 时刻是指-------，用时间轴上的一个--来表示，它与状态量相对应；时间是指起始时刻到终止时刻之间的间隔，用时间轴上的------来表示，它与过程量相对应。 2.路程和位移（A） （1）位移是表示质点位置变化的物理量。路程是质点运动轨迹的长度。 （2）位移是矢量，可以用以初位置指向末位置的一条有向线段来表示。因此，位移的大小等于物体的初位置到末位置的直线距离。路程是标量，它是质点运动轨迹的长度。因此其大小与运动路径有关。 （3）一般情况下，运动物体的路程与位移大小是不同的。只有当质点做单一方向的直线运动时，路程与位移的大小才相等。图1-1中质点轨迹ACB的长度是路程，AB是位移S。 （4）在研究机械运动时，位移才是能用来描述位置变化的物理量。路程不能用来表达物体的确切位置。比如说某人从O点起走了50m路，我们就说不出终了位置在何处。 三、运动快慢的描述——速度 1、速度、平均速度和瞬时速度（A） （1）表示物体运动快慢的物理量，它等于位移s 跟发生这段位移所用时间t的比值。即v=s/t。速度是矢量，既有大小也有方向，其方向就是物体运动的方向。在国际单位制中，速度的单位是（m/s）米/秒。 （2）平均速度是描述作变速运动物体运动快慢的物理量。一个作变速运动的物体，如果在一段时间t 内的位移为s, 则我们定义v=s/t为物体在这段时间（或这段位移）上的平均速度。平均速度也是矢量，其方向就是物体在这段时间内的位移的方向。 （3）瞬时速度是指运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度。从物理含义上看，瞬时速度指某一时刻附近极短时间内的平均速度。瞬时速度的大小叫瞬时速率，简称速率 四、匀速直线运动（A） （1）定义：物体在一条直线上运动，如果在相等的时间内位移相等，这种运动叫做匀速直线运动。 根据匀速直线运动的特点，质点在相等时间内通过的位移相等，质点在相等时间内通过的路程相等，质点的运动方向相同，质点在相等时间内的位移大小和路程相等。 （2）匀速直线运动的x—t图象和v-t图象（A） （1）位移图象（s-t图象）就是以纵轴表示位移，以横轴表示时间而作出的反映物体运动规律的数学图象，匀速直线运动的位移图线是通过坐标原点的一条直线。 （2）匀速直线运动的v-t图象是一条平行于横轴（时间轴）的直线，由图可以得到速度的大小和方向，。
第一章运动的描述知识点总结 第一节认识运动 机械运动：物体在空间中所处位置发生变化，这样的运动叫做机械运动。 运动的特性：普遍性，永恒性，多样性 参考系 1.任何运动都是相对于某个参照物而言的，这个参照物称为参考系。 2.参考系的选取是自由的。 1）比较两个物体的运动必须选用同一参考系。 2）参照物不一定静止，但被认为是静止的。 质点 1.在研究物体运动的过程中，如果物体的大小和形状在所研究问题中可以忽略是，把物体简化为一个点，认为物体的质量都集中在这个点上，这个点称为质点。 2.质点条件： 1）物体中各点的运动情况完全相同（物体做平动） 2）物体的大小（线度）＜＜它通过的距离 3.质点具有相对性，而不具有绝对性。 4.理想化模型：根据所研究问题的性质和需要，抓住问题中的主要因素，忽略其次要因素，建立一种理想化的模型，使复杂的问题得到简化。（为便于研究而建立的一种高度抽象的理想客体） 第二节时间位移 时间与时刻 1.钟表指示的一个读数对应着某一个瞬间，就是时刻，时刻在时间轴上对应某一点。两个时刻之间的间隔称为时间，时间在时间轴上对应一段。 △t=t2—t1 2.时间和时刻的单位都是秒，符号为s，常见单位还有min，h。 3.通常以问题中的初始时刻为零点。 路程和位移 1.路程表示物体运动轨迹的长度，但不能完全确定物体位置的变化，是标量。 2.从物体运动的起点指向运动的重点的有向线段称为位移，是矢量。 3.物理学中，只有大小的物理量称为标量；既有大小又有方向的物理量称为矢量。 4.只有在质点做单向直线运动是，位移的大小等于路程。两者运算法则不同。 第三节记录物体的运动信息 打点记时器：通过在纸带上打出一系列的点来记录物体运动信息的仪器。（电火花打点记时器——火花打点，电磁打点记时器——电磁打点）；一般打出两个相邻的点的时间间隔是0.02s。 第四节物体运动的速度 物体通过的路程与所用的时间之比叫做速度。 平均速度（与位移、时间间隔相对应） 物体运动的平均速度v是物体的位移s与发生这段位移所用时间t的比值。其方向与物体的位移方向相同。单位是m/s。 v=s/t瞬时速度（与位置时刻相对应） 瞬时速度是物体在某时刻前后无穷短时间内的平均速度。其方向是物体在运动轨迹上过该点的切线方向。瞬时速率（简称速率）即瞬时速度的大小。 速率≥速度