高考物理带电粒子在磁场中的运动解题技巧及经典题型及练习题(含答案)
一、带电粒子在磁场中的运动专项训练
1．如图所示，两条竖直长虚线所夹的区域被线段MN分为上、下两部分，上部分的电场方向竖直向上，下部分的电场方向竖直向下，两电场均为匀强电场且电场强度大小相同。挡板PQ垂直MN放置，挡板的中点置于N点。在挡板的右侧区域存在垂直纸面向外的匀强磁场。在左侧虚线上紧靠M的上方取点A，一比荷
q=5×105C/kg的带正电粒子，从A点m以v0=2×103m/s的速度沿平行MN方向射入电场，该粒子恰好从P点离开电场，经过磁场的作用后恰好从Q点回到电场。已知MN、PQ的长度均为L=0.5m，不考虑重力对带电粒子的影响，不考虑相对论效应。
(1)求电场强度E的大小； (2)求磁感应强度B的大小；
(3)在左侧虚线上M点的下方取一点C，且CM=0.5m，带负电的粒子从C点沿平行MN方向射入电场，该带负电粒子与上述带正电粒子除电性相反外其他都相同。若两带电粒子经过磁场后同时分别运动到Q点和P点，求两带电粒子在A、C两点射入电场的时间差。 【答案】(1) 16N/C (2) 1.6?10?2T (3) 3.9?10?4s 【解析】 【详解】
（1）带正电的粒子在电场中做类平抛运动，有：L=v0t
L1qE2?t 22m解得E=16N/C
（2）设带正电的粒子从P点射出电场时与虚线的夹角为θ，则：可得θ=450粒子射入磁场时的速度大小为v=2v0
tan??v0qE tmv2粒子在磁场中做匀速圆周运动：qvB?m
r由几何关系可知r?解得B=1.6×10-2T
2L 2
（3）两带电粒子在电场中都做类平抛运动，运动时间相同；两带电粒子在磁场中都做匀速圆周运动，带正电的粒子转过的圆心角为
?3?，带负电的粒子转过的圆心角为；两带电222?r2?m?； vqB粒子在AC两点进入电场的时间差就是两粒子在磁场中的时间差； 若带电粒子能在匀强磁场中做完整的圆周运动，则其运动一周的时间T?带正电的粒子在磁场中运动的时间为：t1?带负电的粒子在磁场中运动的时间为：t2?3T?5.9?10?4s； 41T?2.0?10?4s 4?4带电粒子在AC两点射入电场的时间差为?t?t1?t2?3.9?10s
2．如图所示，在一直角坐标系xoy平面内有圆形区域，圆心在x轴负半轴上，P、Q是圆上的两点，坐标分别为P（-8L，0），Q（-3L，0）。y轴的左侧空间，在圆形区域外，有一匀强磁场，磁场方向垂直于xoy平面向外，磁感应强度的大小为B，y轴的右侧空间有一磁感应强度大小为2B的匀强磁场，方向垂直于xoy平面向外。现从P点沿与x轴正方向成37°角射出一质量为m、电荷量为q的带正电粒子，带电粒子沿水平方向进入第一象限，不计粒子的重力。求： （1）带电粒子的初速度；
（2）粒子从P点射出到再次回到P点所用的时间。
【答案】(1)v?【解析】
41?m8qBL)；(2)t?(1? 45qBm【详解】
(1)带电粒子以初速度v沿与x轴正向成37o角方向射出，经过圆周C点进入磁场，做匀速圆周运动，经过y轴左侧磁场后，从y轴上D点垂直于y轴射入右侧磁场，如图所示，由几何关系得：
QC?5Lsin37o
O1Q?OQ?5L Osin37在y轴左侧磁场中做匀速圆周运动，半径为R1，
R1?O1Q?QC
v2qvB?m
R1解得：v?8qBL ； mmvv2R?(2)由公式qvB?m得：2，解得：R2?4L
qBR2
由R2?4L可知带电粒子经过y轴右侧磁场后从图中O1占垂直于y轴射放左侧磁场，由对称性，在y圆周点左侧磁场中做匀速圆周运动，经过圆周上的E点，沿直线打到P点，设带电粒子从P点运动到C点的时间为t1
PC?5Lcos37o
t1?PC v带电粒子从C点到D点做匀速圆周运动，周期为T1，时间为t2
T1?2?m qB37ot2?T o1360带电粒子从D做匀速圆周运动到O1点的周期为T2，所用时间为t3
T2?2?m?m? q·2BqB1t3?T2
2从P点到再次回到P点所用的时间为t
t?2t1?2t2?t2
联立解得：t??1???41??m。 ?45?qB
3．如图，光滑水平桌面上有一个矩形区域abcd，bc长度为2L，cd长度为1.5L，e、f分别为ad、bc的中点．efcd区域存在竖直向下的匀强磁场，磁感应强度为B；质量为m、电荷量为+q的绝缘小球A静止在磁场中f点．abfe区域存在沿bf方向的匀强电场，电场强度为
qBLqB2L；质量为km的不带电绝缘小球P，以大小为的初速度沿bf方向运动．P与A
m6m发生弹性正碰，A的电量保持不变，P、A均可视为质点．
（1）求碰撞后A球的速度大小；
（2）若A从ed边离开磁场，求k的最大值；
（3）若A从ed边中点离开磁场，求k的可能值和A在磁场中运动的最长时间． 【答案】（1）vA?【解析】 【分析】 【详解】
（1）设P、A碰后的速度分别为vP和vA，P碰前的速度为v?由动量守恒定律：kmv?kmvP?mvA
3?m2kqBL51?（2）1（3）k?或k?；t?
2qBk?1m73qBL m