第21讲 带电粒子在磁场中运动题型 专项训练-2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 高中物理一轮复习带电粒子在磁场中运动专项训练，通过10类题型系统覆盖磁场运动全场景，以题载法构建从基础模型到复杂综合的解题逻辑链。 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |匀强磁场|4题（显像管偏转）|洛伦兹力提供向心力|从匀速圆周运动模型切入，强化几何关系与运动参量关联| |非匀强磁场|4题（直导线磁场）|磁场分布影响轨迹曲率|结合安培定则分析场强变化对运动半径的动态影响| |边界磁场|20题（直线/矩形/三角形/圆形）|边界约束决定临界条件|按边界复杂度递进，培养空间模型建构能力| |叠加场/组合场|8题（电-磁复合场）|多场力平衡与运动分解|综合应用力与运动观念，体现科学推理素养| |综合提升|25题（含解答题）|跨模块综合与实际应用|从解题技巧到科学探究，衔接工程实践（如人造太阳）|

第21讲 带电粒子在磁场中运动题型 题型一 匀强磁场中的圆周运动题型 1．（2026•兴庆区校级模拟）如图甲所示是电视显像管原理示意图，电流通过偏转线圈，从而产生偏转磁场，电子束经过偏转磁场后运动轨迹发生偏转，通过改变偏转线圈的电流，虚线区域内偏转磁场的方向和强弱都在不断变化，电子束打在荧光屏上的光点就会移动，从而实现扫描。不计电子的重力，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中的O点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转。其简化图如图乙。设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，若使电子打在荧光屏上的位置由M点逐渐移动到N点，图中变化的磁场能够使电子发生上述偏转的是（　　） A． B． C． D． 2．（2026•资阳模拟）真空中带正电粒子（不计重力）沿图示方向进入匀强电场或匀强磁场，下列说法正确的是（　　） A．甲图：粒子做匀速直线运动 B．乙图：粒子做匀加速直线运动 C．丙图：粒子做匀速直线运动 D．丁图：粒子在纸面所在平面做匀速圆周运动 3．（2026•房山区二模）如图所示，矩形虚线框MNPQ内有一匀强磁场，磁感应强度方向垂直纸面向里。a、o、c是三个质量和电荷量都相等的带电粒子，它们从PQ边上的中点沿垂直于磁场的方向射入磁场，图中画出了它们在磁场中的运动轨迹。粒子重力不计，下列说法正确的是（　　） A．粒子a带负电 B．粒子b的动能最大 C．粒子c在磁场中运动的时间最短 D．粒子c在磁场中运动时受到的向心力最大 （多选）4．（2026•海珠区校级模拟）如图（a）所示，一点电荷（不计重力）在辐向电场中围绕圆心O做匀速圆周运动，轨迹所在处的电场强度大小均为E；如图（b）所示，同一点电荷在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中做匀速圆周运动。已知点电荷两次做圆周运动的线速度大小相等，两个圆弧轨迹的半径均为r。关于该点电荷，下列说法正确的是（　　） A．可能带负电 B．一定沿顺时针转动 C．点电荷的比荷为 D．点电荷运动的线速度大小为 题型二 非匀强磁场中的运动题型 1．（2025秋•包河区校级月考）如图所示，在纸面内水平放置两根长直导线AB和CD，只有一条导线中通有恒定电流。在纸面内，一电子由E点开始经过F运动到G的轨迹如图中曲线所示，下列说法中正确的是（　　） A．导线AB中通有从A到B方向的电流 B．导线AB中通有从B到A方向的电流 C．导线CD中通有从C到D方向的电流 D．导线CD中通有从D到C方向的电流 2．（2025秋•洮北区校级期末）如图所示，一水平导线通以电流I，导线下方有一电子，初速度方向与电流平行，关于电子的运动情况，下列说法正确的是（　　） A．沿路径a运动，其轨道半径越来越小 B．沿路径a运动，其轨道半径越来越大 C．沿路径b运动，其轨道半径越来越小 D．沿路径b运动，其轨道半径越来越大 3．（2025秋•西城区校级月考）直导线中电流方向向右。不计带电粒子的动能损失，以下有关通电直导线近旁带电粒子运动轨迹（与电流在同一平面内）示意图中，正确的是（　　） A． B． C． D． 4．（多选）（2025秋•安顺期末）我国“人造太阳”——托卡马克装置预计在2030年核聚变演示发电点亮第一盏灯，其内部产生的强磁场将带电粒子约束在特定区域实现受控核聚变。其中沿管道方向的磁场分布如图所示，越靠管的右侧磁场越强，则速度平行于纸面的带电粒子在该磁场中运动时（不计带电粒子重力），下列说法正确的是（　　） A．带负电粒子在磁场中应沿顺时针方向运动 B．带电粒子由左侧区域向右侧区域运动时，运动半径减小 C．带电粒子由左侧区域向右侧区域运动时，磁场可能对其做功 D．带电粒子由左侧区域向右侧区域运动时，洛伦兹力大小不变 题型三 直线边界的磁场题型 1．（2026•嘉兴二模）如图所示，在充满磁场的空间中，以镭放射源为坐标原点建立平面直角坐标系xOy。磁场方向以x轴为边界，y＞0区域垂直于平面向里，y＜0区域垂直于平面向外，磁感应强度大小B＝k1|y|（k1＞0）。元素发生衰变，向y轴正方向射出三种射线①、②、③，射线①和射线③的速度之比约为1：9，质子与电子的质量之比约为1836：1，则（　　） A．射线③是弱相互作用引起的，其穿透能力弱，用一张纸就能挡住 B．射线②是镭原子能级跃迁产生的，可用于探测金属构件内部的缺陷 C．若比荷为k2的粒子形成射线①，其经纵坐标为y1的位置时分速度 D．组成射线①和③的两种粒子离x轴的最大距离之比约为20：1 2．（2026•淮南二模）如图，直线MN右侧无穷大区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。有一个带负电的粒子，质量为m，所带电荷量大小为q，从A点斜向下与直线MN成45°角以一定的初速度垂直进入磁场中，一段时间后从直线MN上某点离开匀强磁场区域，不考虑粒子的重力，下列关于该粒子运动的描述，正确的是（　　） A．粒子在磁场中的运动时间为 B．若其他条件不变，粒子入射的初速度大小变为原来的两倍，则粒子在磁场的运动时间变为原来的一半 C．若其他条件不变，粒子带正电，则粒子在磁场的运动时间变为原来的三倍 D．若其他条件不变，粒子入射的初速度大小变为原来的，则粒子在磁场的运动时间变为原来的一半 3．（2026•大理市校级模拟）如图所示，在xOy平面上的第一象限全部区域有垂直向里的匀强磁场，有一位于第二象限的电子源持续不断地沿x轴正方向发射速率均为v的电子，形成沿y轴方向均匀分布的电子流，电子源所在位置的纵坐标分布范围为R～2R。荧光屏的上端固定于x轴上，其横坐标分布范围为0～5R，荧光屏上被电子碰撞的位置均会显示荧光。电子每次碰撞过程中机械能损失75%，碰撞前后速度方向与荧光屏的夹角相等（与竖直方向对称）。已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子重力，忽略电子间的相互作用。若所有电子最终均静止在荧光屏上（没有离开第一象限），则磁感应强度B的取值范围是（　　） A．0≤B B．B C．B D．B 4．（多选）（2026•资阳模拟）等腰梯形ABCD区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，梯形上、下底AB、CD长度分别为L和2L，∠D＝60°。下底CD的中点E处有一个α粒子放射源，可以向CD上方射出速率不等的α粒子，α粒子的速度方向与磁场方向垂直，不计粒子间的相互作用力，已知质子的电荷量为e，质量为m，下列说法正确的是（　　） A．若AB边有α粒子射出，则BC边一定有α粒子射出 B．若AB边有α粒子射出，则AD边一定有α粒子射出 C．若α粒子可以到达A点，则其最小速率为 D．运动轨迹与AD边相切（由CD边出磁场）的速率最小的α粒子在磁场中的运动时间为 题型四 矩形边界磁场题型 1．（2026春•兴宁区校级期中）如图所示，宽度为d的边界平行的有界匀强磁场，有一质量为m、电荷量绝对值为q的带电粒子（重力不计）从P点以垂直于磁场边界的速度v射入匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与原来射入方向的夹角为θ＝30°，磁场的磁感应强度大小为B。下列说法正确的是（　　） A．该带电粒子带正电 B．磁场的宽度 C．粒子通过磁场的时间为 D．洛伦兹力对粒子做正功 2．（2026•成都校级模拟）如图所示，高中物理研究小组设计了一个实验方案来研究空气阻力和洛伦兹力在带电粒子运动时对粒子的影响：将一个比荷为k的粒子以初速度v0射入一个与粒子速度方向垂直、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，匀强磁场区域足够大，在空气阻力和洛伦兹力的共同作用下，粒子最终的位移为d；撤去磁场，射入一个初状态完全相同的粒子，若空气阻力大小与带电粒子运动的速度大小成正比，粒子重力不计，则该粒子的位移大小应为（　　） A． B． C． D． 3．（2026•西城区一模）如图所示，带电粒子从正方形区域abcd的ad边中点，以垂直于ad边的初速度v0射入该区域。当该区域只存在垂直纸面向内的匀强磁场时，带电粒子恰好从b点射出；当该区域只存在沿ad方向的匀强电场时，带电粒子恰好从c点射出。不计重力，下列说法正确的是（　　） A．粒子带负电 B．粒子在磁场中的运动时间大于在电场中的运动时间 C．粒子射出磁场的速度大小等于射出电场的速度大小 D．粒子在磁场中受到的力的大小等于在电场中受到的力的大小 4．（多选）（2026•乌兰浩特市模拟）如图所示，在矩形区域ABCD内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B0，方向垂直纸面向里。已知AB边长为d，BC边长为2d。O、E分别为BC、AD边的中点。在O点有一粒子源，可以在纸面内向磁场区域任意方向发射同种带电粒子，粒子质量均为m，电荷量均为q，初速度大小均相同。沿与OB方向成60°角的方向发射的粒子恰好从E点射出磁场。不计粒子的重力、空气阻力及粒子间的相互作用，下列说法正确的有（　　） A．粒子带正电 B．粒子运动的速度大小为 C．粒子在磁场中运动的最长时间为 D．从AD边射出的粒子，其初速度方向与OB方向的夹角可能大于90° 题型五 三角形边界的磁场题型 1．（2026•孝感模拟）如图所示，在边长为L的等边三角形内分布着垂直于纸面向外，磁感应强度大小为B的匀强磁场，在三角形的中心有一个点状的粒子源O，它可沿平行纸面的各个方向发射质量为m，电荷量为+q，速率为的同种粒子。不考虑粒子重力及粒子间相互作用，下列说法正确的是（　　） A．有部分粒子能够击中三角形的顶点 B．粒子在磁场中运动的最短时间为 C．粒子在磁场中运动的最长时间为 D．若磁感应强度大小为，仍有粒子能射出三角形区域 2．（2026•沧州二模）如图所示，空间中存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，ΔB1DF为磁场中一等边三角形区域，C为B1D边的中点，E为DF上一点，AB1＝L，B1D＝2L。一比荷为k的带电粒子从A点沿AB1的垂线方向射入磁场，改变入射速度的大小，使粒子分别经过C、E点，若粒子从A点运动到C点的时间和从A点运动到E点的时间相等，不计粒子重力，下列说法正确的是（　　） A．粒子从A点运动到C点的时间为 B．若粒子经过C点，则入射速度大小为2kBL C．D点和E点间的距离为 D．若粒子经过E点，则入射速度大小为 3．（2026•蚌埠模拟）如图，边长为L的正三角形ACD区域内存在垂直于纸面向里的匀强磁场。一带负电粒子从A点以速度v0沿∠DAC的平分线射入磁场，恰好从C点离开磁场。若该粒子以速度沿纸面从AC边中点垂直AC射入磁场，则其在磁场中的运动时间为（　　） A． B． C． D． 4．（多选）（2026•雨花区校级一模）如图所示，边长为L的等边三角形abc区域外（包含边界）存在着垂直于abc所在平面向外的匀强磁场，P、Q为ab边的三等分点。一质量为m、电荷量为+q（q＞0）的带电粒子在abc平面内以速度v0从a点垂直于ac边射入匀强磁场，恰好从P点第一次进入三角形abc区域。不计带电粒子重力，下列说法正确的是（　　） A．磁场的磁感应强度大小为 B．粒子从bQ之间（不包括b、Q点）第二次通过ab边 C．粒子从PQ之间（不包括P、Q点）第二次通过ab边 D．粒子从a点开始到第二次通过ab边所用的时间为 题型六 圆形（弧形）边界的磁场题型 1．（2026•四川模拟）如图所示，以O为圆心、半径为R的圆形区域内存在垂直圆面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。圆上有A、C、D三点，从A点沿半径AO方向射入一个带电粒子（不计重力），入射速度为v1时，粒子恰好从C点离开磁场。已知粒子的比荷为k，且∠AOC＝90°，∠AOD＝120°，下列说法正确的是（　　） A．粒子在磁场中的运动时间为 B．圆形区域的半径为 C．要使粒子从D点离开磁场，入射速度为 D．若只改变入射速度方向，粒子不可能经过O点 2．（2026•衡阳二模）如图所示是半径为R的薄壁圆筒的横截面，在其一条直径两端分别开有两个小孔a和b，处在方向平行于圆筒轴线并垂直纸面向内大小为B的匀强磁场中。质量为m、电荷量为﹣q的粒子，从小孔a以一定初速度与ab连线成θ角入射，最终从b孔穿出。设粒子与筒壁碰撞后，速度大小不变，速度方向变为关于碰撞点所在半径与原速度方向对称并反向，不计重力，下列说法正确的是（　　） A．若θ，且粒子没有与筒壁发生碰撞，则射入磁场的初速度为 B．若θ，且粒子与筒壁发生一次碰撞，则射入磁场的初速度一定为 C．若θ，且粒子与筒壁发生一次碰撞，则射入磁场的初速度一定为 D．若θ，且粒子与筒壁发生一次碰撞，则射入磁场的初速度一定为 3．（2026•芜湖模拟）如图所示，半圆形区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，A、B为半圆直径的两个端点，O点为半圆的圆心，ON为圆的半径。现有带电粒子a、b分别以不同的速度从A点和B点沿半径方向同时进入磁场，并同时从N点射出磁场，不计粒子的重力和粒子间相互作用。已知∠AON＝60°，则粒子a、b（　　） A．做圆周运动的半径之比为1： B．运动的速率之比为3：2 C．比荷之比为2：1 D．运动的角速度之比为1：2 题型七 多个组合边界磁场题型 1．（2026•淄博二模）如图，磁感应强度为B的匀强磁场区域足够大，磁场方向垂直纸面向里。中间有一边界截面为正六边形的无磁场区域，O为正六边形的中心，PQ为其一边。一质量为m、电荷量为q的带负电粒子从P点以与OP成30°角的速度垂直磁场射入匀强磁场区域，之后从Q点第一次返回无场区。不计粒子重力，则粒子在磁场中从P点运动到Q点的时间为（　　） A． B． C． D． 2．（2026•南京模拟）如图所示，虚线的上方区域和下方区域均有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度大小分别为B1和B2，两虚线之间无磁场，重力不计的带正电粒子以垂直于磁场方向的速度从A点射入上方区域，其运动轨迹如图所示，下列说法正确的是（　　） A．第一次从A到C的运动时间小于从D到E的 B．磁场均垂直纸面向外 C．磁感应强度B1＜B2 D．轨迹内上下两区域磁通量Φ1＞Φ2 3．（2025•泸州二模）如图所示，真空区域有同心圆a和b，半径分别为R和2R，O为圆心，圆a内和圆b外足够大的区域均存在有垂直圆面的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反；a、b之间充满辐向电场，电场方向均指向圆心O。质量为m，电荷量为﹣q的带电粒子从圆a上的P点沿PO方向射入，入射速度大小为，已知带电粒子第二次经过圆b外匀强磁场区域后，再经电场恰好回到P点并沿PO方向射入。不计粒子重力，忽略边界效应，则圆a、b之间电势差为（　　） A． B． C． D． 4．（多选）（2026•辽宁模拟）如图，平面内有一个半径为R的圆形区域，右侧存在一个截面为矩形的区域abcd，两个区域的切点O为ad边的中点，ab＝R，bc＝2R，bc和cd边上分别有两个接收屏（接收屏的长度分别等于矩形区域的边长）。两个区域内均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，一群质量为m，电荷量为﹣q的粒子均匀分布在宽为2R区域内，紧邻且平行于da边以速度v0进入圆形区域。不考虑粒子的重力，射出矩形边界后的粒子不再考虑。下列说法正确的是（　　） A．打在bc边的粒子在矩形磁场中运动的最短时间为 B．矩形区域内粒子所经过的面积为（1）R2 C．打到cd屏上的粒子数占总数的比例为 D．打到bc屏上的粒子数占总数的比例为 题型八 根据带电粒子的运动确定磁场区域范围题型 1．（2025秋•武昌区校级期末）如图所示，一质量为m、电荷量为q的带电粒子，从y轴上的P1点以速度v射入第一象限所示的区域，入射方向与x轴正方向成α角。为了使该粒子能从x轴上的P2点射出该区域，且射出方向与x轴正方向也成α角，可在第一象限适当的地方加一个垂直于xOy平面、磁感应强度为B的匀强磁场。若磁场分布为一个圆形区域，则这一圆形区域的最小面积为（不计粒子的重力）（　　） A． B．cos2α C．sinα D．sin2α 2．云室内一原子核静止在范围足够大的匀强磁场（图中未画出）中的P点，该原子核发生α衰变，衰变产生的新核与α粒子恰在纸面内运动，经过一段时间后观察到的轨迹如图所示。下列说法正确的是（　　） A．沿曲线PM运动的原子核比荷较小 B．沿曲线PM运动的原子核动量较小 C．曲线PQ可能是抛物线的一部分 D．沿曲线PQ运动的可能是α粒子 3．（多选）（2026•肥城市模拟）如图所示，空间内有两个平行边界，距离为。在边界外侧有垂直于平面向外的匀强磁场，左侧区域的磁感应强度大小为B1，右侧区域的磁感应强度大小为B2，两边界间有水平向右的匀强电场，电场强度大小为E。在左侧边界A点有一个质量为m、电荷量为+q的粒子以初速度v水平向右进入电场，忽略重力，下列关于粒子运动的说法正确的是（　　） A．粒子从左向右经过电场的时间小于从右向左经过电场的时间 B．B1、B2满足一定关系时，粒子可能回到A点 C．若B1＝B2＝B，则粒子从出发到向右穿过左边界的时间可能为 D．若B1＝B2＝B，则粒子向右穿过左边界时离A点的距离可能为 4．（多选）（2026•崇左二模）在受控核聚变与深空导航等前沿科技领域中，带电粒子的精确操控是实现技术突破的关键。如图所示，在直角坐标系xOy内存在两个匀强磁场区域，以直线y＝x为分界线，即在y＞x的区域Ⅰ存在垂直纸面向外的匀强磁场，在y＜x的区域Ⅱ存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。t＝0时刻，一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力），从坐标原点O以大小为v的初速度沿x轴负方向射入区域Ⅰ。下列说法正确的是（　　） A．粒子第1次穿过分界线y＝x时的位置坐标为 B．时刻，粒子第1次穿过分界线 C．粒子第2026次穿过分界线时的位置坐标为 D．时刻，粒子第2026次穿过分界线 题型九 叠加场运动题型 1．（2026•邢台二模）如图所示，空间直角坐标系中存在沿x轴正方向、磁感应强度大小为B的匀强磁场，O点有一粒子源，能沿与x轴正方向成37°角的各个方向源源不断地发射质量为m、带电荷量为+q、速度大小为v的粒子，右侧平行于yOz平面有一足够大的荧光屏，不计粒子重力和粒子间的相互作用，sin37°＝0.6。屏从O点向右平移，当屏上亮环第一次最大时，屏上圆的面积为S，再向左平移荧光屏，当屏上圆的面积为时，屏到O点的距离为（　　） A． B． C． D． 2．（2026•南通模拟）如图所示，内壁绝缘且光滑的半圆槽固定在水平面上，一带正电的小球从槽的最左端与槽圆心O等高处静止释放，球运动的周期为T1；若仅在该空间加垂直纸面向里的匀强磁场，球沿槽运动的周期为T2；若仅在该空间加竖直向下的匀强电场，球运动的周期为T3，不计空气阻力。则（　　） A．T2＜T1 B．T2＝T1 C．T3＝T1 D．T3＞T1 3．（2026•河南模拟）如图所示，一质量为0.1kg、电荷量为﹣0.1C的物体在与水平面成37°角的天花板上以速度v0沿天花板方向做匀速直线运动，其与天花板之间的动摩擦因数为0.5，空间存在大小为1T，方向垂直于纸面向里的匀强磁场。sin37°＝0.6，重力加速度g＝10m/s2。关于v0的大小和方向，下列说法正确的是（　　） A．大小为8m/s，方向沿天花板向下 B．大小为4m/s，方向沿天花板向上 C．大小为20m/s，方向沿天花板向下 D．大小为12.5m/s，方向沿天花板向下 4．（多选）（2024秋•海口期末）一质量为m、电量为q的带电粒子以速度v0从x轴上的A点垂直y轴射入第一象限，第一象限某区域存在磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外，粒子离开第一象限时速度方向与x轴正方向夹角θ＝60°。如图所示（粒子仅受洛伦兹力），下列说法正确的是（　　） A．带电粒子带负电荷 B．带电粒子在磁场中的做圆周运动的圆心角为60° C．如果该磁场区域是圆形，则该磁场的最小面积是 D．如果该磁场区域是矩形，则该磁场的最小面积是 题型十 组合场运动题型 1．（2026•海口模拟）如图所示，在平面直角坐标系中，y轴左侧存在竖直向上的匀强电场，y轴右侧存在垂直xOy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，P点为位于x轴上的一点，某时刻一带负电的粒子从P点以与x轴成θ角的初速度v0斜向上射出，经过电场偏转后，以垂直于y轴的速度进入磁场，经磁场偏转后粒子垂直经过x轴。不计带电粒子重力，则匀强电场的电场强度E的大小为（　　） A．Bv0sinθ B．Bv0tanθ C．Bv0sinθtanθ D．Bv0sinθtanθ 2．（2026•绵阳三模）如图，在xOy平面的第一、二象限有沿y轴负方向的匀强电场，在第三、四象限有垂直于xOy平面向外的匀强磁场。质量为m、电荷量为q的粒子从y轴上的P点以v0的初速度沿x轴正方向射出，并从x轴上的Q点进入磁场区域，一段时间后粒子恰能回到P点。已知P点的坐标为（0，L），Q点的坐标为（2L，0），不计粒子重力。则（　　） A．匀强电场的电场强度为 B．匀强磁场的磁感应强度为 C．若仅将磁感应强度变为原来的倍，则粒子第三次到达x轴的坐标为（﹣2L，0） D．若仅将磁感应强度变为原来的2倍，则粒子第三次到达x轴的坐标为（6L，0） 3．（2026•永川区校级模拟）如图所示，真空区域内水平边界ab与cd相距为h，其间存在竖直向上的匀强电场。边界cd上方存在范围足够大的垂直于纸面向里的匀强磁场。M、P、N为边界cd上的三点，且MP＝L，PN＝2L。某时刻甲、乙两个带电粒子从ab边界沿电场线方向射入电场区域，然后分别由M、N两点同时射入磁场，最终同时被置于P点的粒子探测器接收。甲、乙粒子在磁场中运动的时间均为t，不计粒子的重力及粒子间的相互作用。下列说法正确的是（　　） A．甲、乙两粒子的比荷之比为2：1 B．乙粒子在电场中运动的时间为 C．乙粒子在电场中的加速度为 D．甲粒子在电场中运动时电势能减小 4．（多选）（2026•石首市模拟）如图所示，在平面直角坐标系xOy内，第二象限存在沿x轴正方向的匀强电场，场强大小为E，第一、四象限存在垂直于坐标平面向外的足够大匀强磁场，磁感应强度为B。两个带电量均为+q、质量分别为m、m的粒子a和b，分别从第二象限的P1（d，d）、P2（﹣d'，d）同时由静止释放，均从y轴上的同一点S垂直y轴进入磁场。若粒子a在第一象限的轨迹为四分之一圆弧，且a、b两粒子在第一象限中运动的时间相等，不计粒子重力及相互作用，下列说法正确的是（　　） A．粒子b在磁场中运动的轨迹半径为 B．a、b两粒子经过S点时的速度之比为3：4 C．粒子b在电场中加速的距离为 D．a、b两粒子进入第三象限的时间差为 综合提升 一．选择题 1．（2026•云南模拟）如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中有一粒子源，粒子源从O点在纸面内同时向各个方向均匀地发射带正电的粒子，其速率为v、质量为m、电荷量为q。PQ是在纸面内垂直磁场放置的厚度不计的足够长的挡板，挡板的Q端与O点的连线与挡板垂直，距离为，设打在挡板上的粒子全部被吸收，磁场区域足够大，不计带电粒子间的相互作用及重力。则（　　） A．板上有粒子打到的范围长度 B．打在板上的粒子在磁场中运动的最短时间为 C．打在板上的粒子在磁场中运动的最长时间为 D．打在挡板上的粒子占所有粒子的 2．（2024秋•沙坪坝区校级期末）如图所示，一根无限长直导线水平放置，其中电流从右向左流过，导线正下方有一个粒子源，可水平向右发射出四种粒子：α粒子（带正电）、β粒子（带负电）、中子和质子，则轨迹向上偏转的粒子是（　　） A．α粒子 B．β粒子 C．中子 D．质子 3．（2026春•海淀区期末）边界MN上方区域内存在垂直于纸面的匀强磁场，带电粒子a、b垂直于磁场方向（同时垂直于磁场边界）从O点射入，它们的部分运动轨迹如图所示。不计粒子所受重力及粒子间的相互作用。下列说法正确的是（　　） A．粒子a带负电 B．若粒子a与粒子b所带电荷量相同，则粒子a的动量小 C．若两粒子射入时的初动能相同，则粒子a受到的洛伦兹力小 D．若粒子a先回到磁场边界，则粒子a的比荷小于粒子b的比荷 4．（2026•马鞍山模拟）如图所示，正方形区域ABCD内存在垂直纸面的匀强磁场，E、F为CD边的三等分点。现从BC边上某点在纸面内沿不同方向，以速度v0向正方形区域内射入带电粒子。从CD边上的E、F点射出的粒子，速度与CD边垂直。已知粒子质量均为m，带电量均为q，正方形边长为L，不计粒子所受重力和粒子之间的相互作用。则该区域内磁感应强度大小为（　　） A． B． C． D． 5．（2026春•武汉期中）如图所示，直角三角形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场（含边界），磁感应强度为B，∠A＝90°，∠B＝30°，AC＝L，A处有一个粒子发射源，可以在0∼90°内发射不同速率的同种带负电粒子，粒子的比荷为k。若粒子的速率用v0（未知）表示，初速度与AB边的夹角用θ（未知）表示，不计粒子的重力及粒子间的相互作用，则（　　） A．若θ＝30°，粒子从AB边射出的最大速率为kBL B．若θ＝60°且粒子恰好不从BC边射出，则 C．若θ＝90°且粒子恰好不从BC边射出，则 D．若，粒子从BC边离开磁场的最短时间为 6．（2026春•重庆期中）托卡马克环形容器是核聚变工程中重要装置，如图是某一托卡马克环形容器中磁场截面的简化示意图，两个同心圆围成环形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，内圆半径为R0。在内圆上A点发射a、b两个粒子，都恰好经过磁场外边界。已知a粒子沿同心圆的径向发射，其速度大小，b粒子沿内圆的切线方向发射，a、b都带正电且比荷均为。不考虑带电粒子所受重力和相互作用。则（　　） A．外圆半径等于2R0 B．a粒子恰好到达磁场外边界所用时间为 C．b粒子速度大小为 D．b粒子恰好到达磁场外边界所用时间为 7.（2026•太原模拟）如图甲，两带电导体板水平放置，带正电粒子以速度v0从板中间射入，恰从下极板边缘射入与边界垂直的匀强磁场。已知板长为L，两板间距离为，粒子的荷质比为k，从进入磁场开始计时，磁感应强度随时间的变化如图乙所示，其中。则粒子从进入磁场到射出磁场的两点间距离为（　　） A． B． C． D． 8．（2026•南岗区校级三模）2026年初，我国EAST（东方超环）“人造太阳”装置实现了1亿摄氏度与长脉冲稳态运行的新突破，提升了我国在磁约束核聚变领域中的国际地位。如图为实验所用的环流器结构示意图，等离子体（即各种粒子的混合体）被强磁场约束在环形真空室内。关于该装置，下列说法正确的是（　　） A．等离子体温度越高，分子运动速率越慢 B．磁场对等离子体的洛伦兹力不做功 C．该装置所用核燃料主要为铀235 D．磁约束控制之下带电粒子的动量不变 9．（2026•铜陵模拟）如图所示，一质子源发射出的质子（初速度很小，可视为零）进入加速电场加速，从两板正中间平行极板进入偏转电场，穿过两板后又垂直于磁场射入边界线与偏转极板垂直的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里。加速电压为U1，偏转电压为U2，粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离为d，则（　　） A．d随U1增大而增大，d与U2无关 B．d随U2增大而增大，d与U1无关 C．若将质子换成α粒子，其他条件不变，d不变 D．若将质子换成α粒子，其他条件不变，d变小 10．（2026•合肥模拟）如图所示，平面直角坐标系中，一个半径为a、弧长略小于半圆的圆弧形挡板关于x轴对称放置，其圆心位于原点。以y＝a为上边界、y＝﹣a为下边界、圆弧形挡板为右边界，左边界无穷远的区域内有垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ，磁感应强度大小为B1。其他区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场Ⅱ，磁感应强度大小为B2。一质量为m、电荷量为q（q＞0）的带电粒子，从（﹣a，0）处以某一初速度沿x轴正向射出，恰好从（0，a）处进入磁场Ⅱ，之后与挡板仅发生一次碰撞，碰后速度大小变为原来的、方向与碰前相反，最后经过（0，﹣a）处回到磁场Ⅰ。不计粒子重力及碰撞时间，整个过程粒子电量保持不变，下列说法正确的是（　　） A．粒子初速度的大小为 B．两个磁场磁感应强度大小关系为B1＝2B2 C．粒子第二次离开磁场Ⅰ的位置坐标为 D．粒子从（﹣a，0）处至（0，﹣a）处的时间为 二．多选题 11．（多选）（2026•黄冈二模）如图所示，空间内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁场中有一粒子源O，可以均匀地向各个方向同时发出质量为m、电荷量为q、速率为v的带正电的粒子。PQ是平行磁场放置的足够长的挡板，挡板P端与O点的连线与挡板垂直，OP＝d。假设打在挡板上的粒子都会瞬间被挡板吸收且其电荷被及时导走，不计粒子重力及粒子之间的相互作用，（磁场区域足够大）下列判断正确的是（　　） A．若磁感应强度B，则发出的粒子打到挡板的最短时间为 B．若磁感应强度B，则发出的粒子打到P点最长时间与最短时间的差为 C．若磁感应强度B，则发出的粒子打到挡板的最短时间为 D．若磁感应强度B，则发出的粒子打到挡板左侧最远的点离P点的距离为 12．（多选）（2025•全国一模）地球的磁场是保护地球的一道天然屏障，它阻挡着能量很高的太阳风粒子直接到达地球表面，从而保护了地球上的人类和动植物。地球北极的磁场是沿竖直轴对称的非均匀磁场，如图所示为某带电粒子在从弱磁场区向强磁场区前进时做螺线运动的示意图，不计带电粒子的重力，下列说法正确的是（　　） A．该带电粒子带正电 B．从弱磁场区到强磁场区的过程中带电粒子的速率不变 C．带电粒子每旋转一周沿轴线方向运动的距离一直保持不变 D．带电粒子每旋转一周的时间变小 13．（多选）（2026•滕州市校级二模）利用图示装置可以选择一定速度的带电粒子。图中半圆为绝缘筒壁的横截面，直径PM的长为2R，弧线PN是覆盖在筒壁上的吸附层（可吸收打在其上的粒子），其长度L可调节，整个装置处于垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中。一群质量为m、电荷量为q的粒子以不同速率从P沿PM方向进入磁场，粒子与PN以外的筒壁发生若干次碰撞后恰可从M射出。若碰撞过程遵循反射定律，没有动能损失，且电荷量保持不变，不计粒子的重力，关于从M射出的粒子，下列说法正确的是（　　） A．粒子一定带正电 B．若L＝0.4πR，则粒子的速率为 C．若L＝0.3πR，则粒子在磁场中运动的时间为 D．若L＝0.3πR，则粒子速率的最小值为 14．（多选）（2026•沙坪坝区校级模拟）如图为一种新型粒子装置，粒子源放置在水平面上长为3L、宽为2L的矩形abcd的中心O，矩形内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，粒子源向水平面各个方向持续均匀发射比荷为的带正电粒子，速度大小限制在2v0到3v0之间，不计粒子源的尺寸、粒子间相互作用和粒子重力。下列说法正确的是（　　） A．若所有粒子均不射出磁场，则B的最小值为 B．若所有粒子均不射出磁场，则B的最小值为 C．若所有粒子均射出磁场，则B的最大值为 D．若所有粒子均射出磁场，则B的最大值为 15．（多选）（2026•江门模拟）完全相同的平行板电容器1、2、3按如图所示的位置放置。开有小孔的负极板固定在等边三角形PQM的三条边上，三个小孔恰好在三条边的中点，三角形区域内有垂直于纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场。0时刻比荷为k的带正电粒子从PQ边上小孔处垂直于PQ边射入三角形内，依次穿过各个小孔后能回到初始位置。已知三角形的边长为L，电容器的两极板均连接在恒压电源两端且板间距离均为d，不计粒子的重力。下列说法正确的有（　　） A．粒子在磁场中运动的速度大小为kBL B．电容器两板之间的电压至少为 C．粒子每次在电容器内运动的时间可能大于 D．仅移动正极板来改变电容器的板间距离，粒子仍能回到出发位置 16．（多选）（2026•枣庄模拟）如图所示，xOy坐标平面内，以O点为圆心的两个圆，半径分为r和r。小圆区域Ⅰ内的匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B，环形区域Ⅱ内的匀强磁场垂直于纸面向外。一质量为m、电量为q的带正电粒子从A（0，r）点沿y轴负方向出发，由P（r，0）点首次进入区域Ⅱ且恰好不能从其外边界射出，不计粒子的重力。下列说法正确的是（　　） A．粒子运动的速度大小为 B．区域Ⅰ、Ⅱ内的磁感应强度大小之比为：1 C．粒子从A点出发到第一次返回区域Ⅰ的过程中，速度方向改变了120° D．粒子返回A点的最短时间为（5+4） 17．（多选）（2026•安徽模拟）如图所示，直角坐标系xOy位于竖直面内，y轴竖直向上。在第四象限内有沿x轴负方向的匀强电场和垂直坐标平面的匀强磁场（未画出），在第二象限内的P点沿x轴正方向抛出一个质量为m、带电量大小为q的带电小球，抛出时的速度大小为v0，小球从O点进入第四象限，经过O点时速度方向与x轴正向的夹角为45°，小球进入第四象限后做匀速直线运动，小球在第四象限运动到Q点（未画出）时将电场方向立即改为沿y轴正向，此后小球的运动轨迹刚好与x轴相切。已知重力加速度为g，小球可视为质点，则下列说法正确的是（　　） A．小球带负电 B．匀强磁场的磁感应强度大小为 C．P、Q两点沿y轴方向的距离为 D．P、Q两点沿y轴方向的距离为 18．（多选）（2026•泉州模拟）如图所示，平面直角坐标系xOy中，在0＜x＜L区域内有沿y轴负方向的匀强电场和垂直xOy平面向里的匀强磁场，电场强度大小与磁感应强度大小的比值为v0。一带正电粒子从坐标原点以速度v0沿与x轴正方向成30°角方向射入该区域，一段时间后沿x轴正方向射出，不计粒子重力，则（　　） A．粒子从右边界射出时速度大小可能是v0 B．粒子从右边界射出时速度大小可能是v0 C．粒子在该区域中的运动时间可能为 D．粒子在该区域中的运动时间可能为 19．（多选）（2026•淮北模拟）如图甲所示，平行金属板MN间距为d，长度为l，紧邻金属板右侧有宽度为d，方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝5.0×10﹣3T，CD为分界线，EF为置于磁场右边界的足够长的屏幕。MN板间接有如图乙所示的随时间t变化的电压UMN，两板间电场可看作是均匀的，且两板外无电场。比荷的粒子以速度沿平行金属板MN间中线OO′连续射入电场，在每个粒子通过电场区域的极短时间内，电场可视为是恒定不变的。已知l＝d＝0.2m，粒子带正电且粒子的重力和粒子间相互作用力可忽略不计，，则打在屏幕EF上的粒子（　　） A．在EO′间的离O′最远距离为0.1m B．在EO′间的离O′最远距离为0.2m C．在FO′间的离O′最远距离约为0.24m D．在FO′间的离O′最远距离约为0.18m 三．解答题 20．（2026•云南模拟）如图，真空中两个足够大的平行金属板M、N水平固定，间距为d，M板接地。M板上方整个区域存在垂直纸面向里的匀强磁场。M板O点处正上方P点有一粒子源，可沿竖直方向发射速度大小为v0的带电粒子，粒子恰好能与M板成60°穿过Q点处的小孔。已知OP＝L，两板间距，粒子质量均为m，电量为﹣q，初始时两板均不带电，粒子碰到金属板后立即被吸收，电荷在金属板上均匀分布，金属板电量可视为连续变化，不计金属板厚度、粒子重力及粒子间的相互作用，忽略边缘效应。问： （1）M板上方磁感应强度大小是多少？ （2）MN板间能达到的最大电场强度是多少？ （3）如果MN板间达到最大电场强度后，给两板之间增加和M板上方相同的匀强磁场，求粒子的落点与Q的距离？ 21．（2026•嘉兴二模）如图所示，粒子源能释放初速可视为0的带电粒子，并从O1进入加速区，沿O1O2连线加速后垂直进入偏转区（长×宽×高＝4d×4d×7d）底部中心O2，随后从狭缝进入接收区，最终被可水平移动的收集板接收。收集板与偏转区右侧面形状相同并对齐，狭缝上O3点与收集板上O4点等高；加速区竖直方向存在电压可调的匀强电场；偏转区存在匀强磁场Ⅰ，方向可调且垂直于O1、O2、O3、O4所构成的竖直平面。 （1）若粒子源产生比荷分别为25k和4k的正离子a和b，当加速电压为U时，正离子a恰能垂直击中O4。求： ①匀强磁场Ⅰ的磁感应强度B大小； ②收集板能收集到两种正离子时，离狭缝的最大水平距离x； ③若在接收区加上磁感应强度大小为磁场Ⅰ的3倍且水平向右的匀强磁场Ⅱ，则收集板向右移动时，a和b落点的连线在收集板上扫过的区域面积S。 （2）若粒子源产生大量电子且收集板用金属钨制成，当高速电子轰击钨核时，动能以一定的比例转化为辐射能并释放X射线。若动能转化比例为100%，就可辐射出能量最大的X射线，但此类X射线辐射强度几乎为0。X射线辐射强度随波长的具体分布如图乙所示（所有被加速的电子都能全部击中收集板），请利用图中数据计算普朗克常量h。 22．（2026•江阴市校级模拟）如图所示，空间中存在垂直于xOy平面向里磁感应强度为B的匀强磁场。y轴正方向竖直向上，x轴正方向水平向右。x轴上有一厚度不计的薄板MN，垂直于xOy平面固定，薄板长度为2a，中点位于O点。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子，可从y轴上y＝﹣a处的P点以速率沿xOy平面向不同方向发射。若粒子打到薄板下表面会被吸收，打到薄板上表面会被反弹，粒子与薄板间的碰撞为弹性碰撞，碰撞前后速度大小不变，方向遵循光的反射定律，不计粒子重力。 （1）求粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径r； （2）求粒子从发射到被吸收经历的最短时间t。 （3）粒子发射后能否与薄板碰撞一次就返回P点？若能，求粒子发射方向与y轴负方向的夹角θ，若不能，请说明理由。 23．（2026•潮州模拟）如图所示，两块平行金属板水平放置，板长和板间距均为2d，两板之间存在竖直向上的匀强电场。极板右侧空间存在范围足够大的匀强磁场B，磁场方向垂直纸面向外。极板左侧有一束宽度为2d，均匀分布的离子束以相同的初速度v0沿着平行于金属板的方向射入电场，已知离子质量均为m，电荷量均为+q，电荷碰到极板立即被吸收，且不考虑电场的变化，进入电场的粒子有50%能从电场射出。不考虑粒子间的相互作用，不计粒子重力和金属板厚度，忽略电场的边缘效应。 （1）要使离子能沿直线通过两极板间的电场，可在极板间施加一垂直于纸面的匀强磁场B0，求B0的大小； （2）若两极板间仅有电场，从电场中射出的粒子经磁偏转后能全部回到电场中，求磁感应强度B的取值范围； （3）若磁感应强度的B大小取（2）中的最小值，求从正极板边缘射入的离子，在电磁场中运行时间。 24．（2026•城西区校级二模）光滑足够大的水平桌面上右侧，有一边长为L的等腰直角三角形abc区域，其内分布着垂直桌面的匀强磁场，磁感应强度大小为B。以ac、cd、fa为边界分布着与ab边垂直，方向由d指向c的匀强电场，俯视图如图所示。三个可视为质点的小球A、B、C在ab的延长线上，小球质量均为m，小球A带电量为+q，B、C不带电。小球A位于绝缘轻质弹簧的右端，与弹簧接触但是不粘连，弹簧的左端系着小球B。初始时弹簧处于原长状态，C以初速度v0沿着ab连线方向与B发生碰撞，碰撞后B、C粘连在一起，小球A与弹簧分离后进入磁场，此后不再与B、C相碰。求： （1）弹簧弹性势能的最大值； （2）若小球A能进入电场区，小球C的初速度v0应满足的条件； （3）要使小球A穿过分界面ac次数最少并从a点离开电场，则电场强度E随初速度v0变化的表达式。 25．（2026•淄博三模）如图所示，三个同心圆处于同一竖直面内，O为圆心，圆Ⅰ的半径为（1）R，圆Ⅱ的半径为R。圆Ⅰ、Ⅱ之间存在垂直圆面向外的匀强磁场；圆Ⅱ、Ⅲ之间的环形区域存在背向圆心的均匀辐向电场，环形边界间的电压U可调；圆Ⅱ上四分之一圆弧SQ处有吸收装置。圆Ⅲ上P处不断有相同的带电粒子飘入电场，粒子的初速度几乎为0。当U＝U0（未知）时，粒子经电场加速后以竖直向上的速度v射出电场，由Q点射入磁场，经过磁场偏转后，刚好与圆I相切，最终到达SQ区域均被吸收。已知粒子质量为m，电量为+q，不计粒子的重力及粒子间相互作用。 （1）求电压U0的大小； （2）求圆Ⅰ、Ⅱ之间磁场的磁感应强度B的大小； （3）将电压U从连续增加到U0过程中（时间足够长），粒子仍由P点飘入电场，求圆Ⅱ上有粒子穿越部分的弧长L。 1 / 51 学科网（北京）股份有限公司 $ 第21讲 带电粒子在磁场中运动题型 题型一 匀强磁场中的圆周运动题型 1．（2026•兴庆区校级模拟）如图甲所示是电视显像管原理示意图，电流通过偏转线圈，从而产生偏转磁场，电子束经过偏转磁场后运动轨迹发生偏转，通过改变偏转线圈的电流，虚线区域内偏转磁场的方向和强弱都在不断变化，电子束打在荧光屏上的光点就会移动，从而实现扫描。不计电子的重力，当没有磁场时，电子束将打在荧光屏正中的O点，安装在管径上的偏转线圈可以产生磁场，使电子束发生偏转。其简化图如图乙。设垂直纸面向里的磁场方向为正方向，若使电子打在荧光屏上的位置由M点逐渐移动到N点，图中变化的磁场能够使电子发生上述偏转的是（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【分析】根据电子的偏转方向结合左手定则判断磁场的方向。 【解答】解：根据题意可知，当电子偏转到M点时，电子向上偏转，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外，对应的B﹣t图的图线应在t轴下方；电子偏转到N点时，电子向下偏转，根据左手定则可知，磁场方向垂直纸面向里，对应的B﹣t图的图线应在t轴上方，故ABC错误，D正确。 故选：D。 2．（2026•资阳模拟）真空中带正电粒子（不计重力）沿图示方向进入匀强电场或匀强磁场，下列说法正确的是（　　） A．甲图：粒子做匀速直线运动 B．乙图：粒子做匀加速直线运动 C．丙图：粒子做匀速直线运动 D．丁图：粒子在纸面所在平面做匀速圆周运动 【答案】C 【分析】先根据初速度与电场、磁场方向的关系，判断电场力、洛伦兹力的有无及方向，再分析粒子的运动性质，逐一判断各选项的正确性。 【解答】解：A．在甲图中：粒子受向右的电场力做匀加速直线运动，故A错误； B．在乙图中：粒子受向右的电场力，则粒子做匀变速曲线运动，故B错误； C．在丙图中：粒子不受洛伦兹力，做匀速直线运动，故C正确； D．在丁图中：粒子受垂直于速度方向的洛伦兹力作用在垂直于纸面所在平面做匀速圆周运动，故D错误。 故选：C。 3．（2026•房山区二模）如图所示，矩形虚线框MNPQ内有一匀强磁场，磁感应强度方向垂直纸面向里。a、o、c是三个质量和电荷量都相等的带电粒子，它们从PQ边上的中点沿垂直于磁场的方向射入磁场，图中画出了它们在磁场中的运动轨迹。粒子重力不计，下列说法正确的是（　　） A．粒子a带负电 B．粒子b的动能最大 C．粒子c在磁场中运动的时间最短 D．粒子c在磁场中运动时受到的向心力最大 【答案】B 【分析】根据左手定则判断粒子电性，再利用洛伦兹力提供向心力的公式，推导轨道半径、周期、运动时间、向心力与速度的关系，结合轨迹特征分析各选项。 【解答】解：A.根据左手定则，磁场方向垂直纸面向里，粒子初速度向上，粒子a向左偏转，说明其受到的洛伦兹力向左，可知粒子a带正电，故A错误； B.带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由可得轨道半径，由于三个粒子的质量m和电荷量q大小相等，所在磁场B相同，由图可知，粒子b的轨迹半径最大，则粒子b的速度最大，根据动能公式可知，粒子b的动能最大，故B正确； C.根据粒子在磁场中运动的周期，可知三个粒子运动周期相同。粒子在磁场中运动时间，其中θ为轨迹对应的圆心角。由图可知，粒子c完成了半个圆周运动，其余两粒子a、b均未完成半个圆周就射出边界，因此粒子c在磁场中运动的时间最长，故C错误； D.粒子在磁场中运动时受到的向心力即为洛伦兹力F＝qvB，由对B选项的分析可知，粒子c的轨迹半径最小，说明其速度v最小，因此粒子c在磁场中运动时受到的向心力最小，故D错误。 故选：B。 （多选）4．（2026•海珠区校级模拟）如图（a）所示，一点电荷（不计重力）在辐向电场中围绕圆心O做匀速圆周运动，轨迹所在处的电场强度大小均为E；如图（b）所示，同一点电荷在垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场中做匀速圆周运动。已知点电荷两次做圆周运动的线速度大小相等，两个圆弧轨迹的半径均为r。关于该点电荷，下列说法正确的是（　　） A．可能带负电 B．一定沿顺时针转动 C．点电荷的比荷为 D．点电荷运动的线速度大小为 【答案】CD 【分析】根据点电荷受到的电场力提供向心力，方向与场强方向相同，结合电场力与洛伦兹力提供向心力分析求解。 【解答】解：AB．图（a）中，点电荷受到的电场力提供向心力，方向与场强方向相同，所以点电荷一定带正电；对图（b）由左手定则可知点电荷一定沿逆时针转动，故AB错误； CD．对图（a）有电场力提供向心力： 对图（b）有洛伦兹力提供向心力： 联立可得点电荷运动的线速度大小为 故点电荷的比荷为，故CD正确。 故选：CD。 题型二 非匀强磁场中的运动题型 1．（2025秋•包河区校级月考）如图所示，在纸面内水平放置两根长直导线AB和CD，只有一条导线中通有恒定电流。在纸面内，一电子由E点开始经过F运动到G的轨迹如图中曲线所示，下列说法中正确的是（　　） A．导线AB中通有从A到B方向的电流 B．导线AB中通有从B到A方向的电流 C．导线CD中通有从C到D方向的电流 D．导线CD中通有从D到C方向的电流 【答案】C 【分析】注意观察图像的细节，靠近导线CD处，电子的偏转程度大，说明靠近CD处偏转的半径小，由圆周运动半径公式及左手定则即可判断。 【解答】解：由于电子在运动的过程中，速度大小不变，根据可知在F点处轨道半径较小，磁感应强度较大，一定是导线CD中通有电流，由于电子带负电荷，根据左手定则可知，F处的磁场方向垂直纸面向内，由安培定则可知，导线CD中电流的方向从C到D，故ABD错误，C正确。故选：C。 2．（2025秋•洮北区校级期末）如图所示，一水平导线通以电流I，导线下方有一电子，初速度方向与电流平行，关于电子的运动情况，下列说法正确的是（　　） A．沿路径a运动，其轨道半径越来越小 B．沿路径a运动，其轨道半径越来越大 C．沿路径b运动，其轨道半径越来越小 D．沿路径b运动，其轨道半径越来越大 【答案】C 【分析】通电直导线电流产生的磁场是以直导线为中心向四周发散的，离导线越远，电流产生的磁场的磁感应强度越小，由右手定则可以判断出磁场的方向，再根据粒子在磁场中做圆周运动的半径公式可以分析粒子的运动的情况。 【解答】解：根据安培定则可知，导线下方磁场垂直纸面向里，结合左手定则可知，电子所受洛伦兹力向上，所以电子沿路径b运动，根据牛顿第二定律有 可得 靠近导线，磁感应强度变大，则其轨道半径越来越小，则粒子沿路径b运动，其轨道半径越来越小，故ABD错误，C正确。 故选：C。 3．（2025秋•西城区校级月考）直导线中电流方向向右。不计带电粒子的动能损失，以下有关通电直导线近旁带电粒子运动轨迹（与电流在同一平面内）示意图中，正确的是（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【分析】根据洛伦兹力提供向心力，结合越靠近导线，磁感应强度B越大，综合左手定则分析求解。 【解答】解：根据洛伦兹力提供向心力：Bvq＝m，可得运动半径：r，故越靠近导线，磁感应强度B越大，粒子的运动半径越小，结合左手定则，洛伦兹力应指向凹侧，故A正确，BCD错误； 故选：A。 4．（多选）（2025秋•安顺期末）我国“人造太阳”——托卡马克装置预计在2030年核聚变演示发电点亮第一盏灯，其内部产生的强磁场将带电粒子约束在特定区域实现受控核聚变。其中沿管道方向的磁场分布如图所示，越靠管的右侧磁场越强，则速度平行于纸面的带电粒子在该磁场中运动时（不计带电粒子重力），下列说法正确的是（　　） A．带负电粒子在磁场中应沿顺时针方向运动 B．带电粒子由左侧区域向右侧区域运动时，运动半径减小 C．带电粒子由左侧区域向右侧区域运动时，磁场可能对其做功 D．带电粒子由左侧区域向右侧区域运动时，洛伦兹力大小不变 【答案】AB 【分析】根据带电粒子在磁场中的运动规律，运用左手定则判断运动方向、分析洛伦兹力做功情况，再通过洛伦兹力提供向心力的公式推导半径和洛伦兹力的变化，逐一分析选项。 【解答】解：A.由图知磁场垂直纸面向里，根据左手定则可知，带负电粒子在磁场中沿顺时针方向运动，故A正确； B.离子在磁场中，由洛伦兹力提供向心力，则有 解得 因右侧磁场较强，故带电粒子由磁场的左侧区 域向右侧区域运动时，运动半径减小，故B正确； C.离子在磁场中运动时，由于洛伦兹力方向总是与速度方向垂直，可知洛伦兹力对其一定不做功，故C错误； D.离子在磁场中，洛伦兹力为 f＝qvB 速度大小不变，故洛伦兹力一直在变大，故D错误。 故选：AB。 题型三 直线边界的磁场题型 1．（2026•嘉兴二模）如图所示，在充满磁场的空间中，以镭放射源为坐标原点建立平面直角坐标系xOy。磁场方向以x轴为边界，y＞0区域垂直于平面向里，y＜0区域垂直于平面向外，磁感应强度大小B＝k1|y|（k1＞0）。元素发生衰变，向y轴正方向射出三种射线①、②、③，射线①和射线③的速度之比约为1：9，质子与电子的质量之比约为1836：1，则（　　） A．射线③是弱相互作用引起的，其穿透能力弱，用一张纸就能挡住 B．射线②是镭原子能级跃迁产生的，可用于探测金属构件内部的缺陷 C．若比荷为k2的粒子形成射线①，其经纵坐标为y1的位置时分速度 D．组成射线①和③的两种粒子离x轴的最大距离之比约为20：1 【答案】D 【分析】先通过左手定则判断三种射线的带电性质与种类，再逐一分析选项，其中D项通过对洛伦兹力的水平分量积分求解粒子离x轴的最大距离，最终确定D正确。 【解答】解：首先根据左手定则判断三种射线，磁场向里，粒子初速度沿y正方向，向左偏的①带正电，向右偏的③带负电，不偏转的②不带电，因此①是α射线（氦核，正电），②是γ射线（不带电），③是β射线（电子，负电）； A.③是β射线，由弱相互作用引起，但β射线穿透能力较强，一张纸不能挡住β射线，故A错误； B.②是γ射线，γ射线是原子核能级跃迁产生的，不是原子（核外）能级跃迁，故B错误； C.洛伦兹力水平分量提供的加速度为， 根据加速度的定义式有， 联立积分可得， 解得， 方向向左，故C错误； D.粒子到达离x轴最大距离ym时，vy＝0，速率v0不变（洛伦兹力不做功），即|vx|＝v0； 代入上式得，解得， 则，故D正确。 故选：D。 2．（2026•淮南二模）如图，直线MN右侧无穷大区域内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。有一个带负电的粒子，质量为m，所带电荷量大小为q，从A点斜向下与直线MN成45°角以一定的初速度垂直进入磁场中，一段时间后从直线MN上某点离开匀强磁场区域，不考虑粒子的重力，下列关于该粒子运动的描述，正确的是（　　） A．粒子在磁场中的运动时间为 B．若其他条件不变，粒子入射的初速度大小变为原来的两倍，则粒子在磁场的运动时间变为原来的一半 C．若其他条件不变，粒子带正电，则粒子在磁场的运动时间变为原来的三倍 D．若其他条件不变，粒子入射的初速度大小变为原来的，则粒子在磁场的运动时间变为原来的一半 【答案】C 【分析】先由洛伦兹力提供向心力推导出粒子在磁场中运动的周期公式，再结合入射角度、粒子电性判断轨迹圆心角，进而计算运动时间，对比各选项的条件与结果得出正确答案。 【解答】解：A.负电粒子垂直进入匀强磁场，洛伦兹力提供向心力，有， 粒子运动的周期为， 联立可得， 粒子以与MN成45°角入射，带负电，粒子做顺时针圆周运动， 入射速度与边界MN夹角为45°，出射时速度与边界MN夹角也为45°因此轨迹对应的圆心角θ＝90°， 粒子在磁场中的运动时间为，故A错误； BD.根据上述，若其他条件不变，粒子入射的初速度大小变为原来的两倍，半径变为原来的两倍，周期不变，对应圆心角仍为90°， 所以粒子在磁场的运动时间不变与速度无关，故BD错误； C.若其他条件不变，粒子带正电，粒子以与MN成45°角入射，粒子做逆时针圆周运动， 入射速度与边界MN夹角为45°，出射时速度与边界MN夹角也为45°，因此轨迹对应的圆心角θ＝270°， 粒子在磁场中的运动时间为， 则粒子在磁场的运动时间变为原来的三倍，故C正确。 故选：C。 3．（2026•大理市校级模拟）如图所示，在xOy平面上的第一象限全部区域有垂直向里的匀强磁场，有一位于第二象限的电子源持续不断地沿x轴正方向发射速率均为v的电子，形成沿y轴方向均匀分布的电子流，电子源所在位置的纵坐标分布范围为R～2R。荧光屏的上端固定于x轴上，其横坐标分布范围为0～5R，荧光屏上被电子碰撞的位置均会显示荧光。电子每次碰撞过程中机械能损失75%，碰撞前后速度方向与荧光屏的夹角相等（与竖直方向对称）。已知电子的质量为m，电荷量为e，不计电子重力，忽略电子间的相互作用。若所有电子最终均静止在荧光屏上（没有离开第一象限），则磁感应强度B的取值范围是（　　） A．0≤B B．B C．B D．B 【答案】B 【分析】根据洛伦兹力提供向心力求出电子做圆周运动的表达式，当半径最小时对应的B最大，同理当半径最小时B最大，进而求出磁感应强度B的取值范围。 【解答】解：根据洛伦兹力提供向心力有 由于每次碰撞过程动能变为原来的四分之一，所以速度大小应变为原来的二分之一，即 电子与荧光屏第一次碰撞时速度方向与荧光屏的夹角为θ，则 rmin（1+cosθ）＝2R 联立解得 则 x1＝rsinθ 所以 所以 ， 所以B的取值范围为 故ACD错误，B正确。 故选：B。 4．（多选）（2026•资阳模拟）等腰梯形ABCD区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，梯形上、下底AB、CD长度分别为L和2L，∠D＝60°。下底CD的中点E处有一个α粒子放射源，可以向CD上方射出速率不等的α粒子，α粒子的速度方向与磁场方向垂直，不计粒子间的相互作用力，已知质子的电荷量为e，质量为m，下列说法正确的是（　　） A．若AB边有α粒子射出，则BC边一定有α粒子射出 B．若AB边有α粒子射出，则AD边一定有α粒子射出 C．若α粒子可以到达A点，则其最小速率为 D．运动轨迹与AD边相切（由CD边出磁场）的速率最小的α粒子在磁场中的运动时间为 【答案】BD 【分析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，应用牛顿第二定律求出粒子的轨道半径，然后分析粒子运动过程，根据题意分析答题。 【解答】解：A.如下图所示 当AB边恰有α粒子射出时，由几何关系可知，粒子运动轨迹没有到达BC边，故A错误； B.由几何关系可知，当AB边恰有α粒子射出时，轨迹圆与AB相切，此时与该圆半径相等的圆也一定与AD相切，即若AB边有α粒子射出，则AD边一定有α粒子射出，故B正确； C.如下图所示 由几何关系可知，当时，速度最小，其半径为 由 可得 故C错误； D.如下图所示 当时，速度最小，由 得 故D正确。 故选：BD。 题型四 矩形边界磁场题型 1．（2026春•兴宁区校级期中）如图所示，宽度为d的边界平行的有界匀强磁场，有一质量为m、电荷量绝对值为q的带电粒子（重力不计）从P点以垂直于磁场边界的速度v射入匀强磁场中，穿出磁场时速度方向与原来射入方向的夹角为θ＝30°，磁场的磁感应强度大小为B。下列说法正确的是（　　） A．该带电粒子带正电 B．磁场的宽度 C．粒子通过磁场的时间为 D．洛伦兹力对粒子做正功 【答案】C 【分析】根据图可知电荷开始受到向下的洛伦兹力，且洛伦兹力与运动方向始终垂直，故电荷做圆周运动；由左手定则判断粒子电性；画出轨迹，由几何知识和洛伦兹力充当向心力求出磁场的宽度；根据由几何知识求出轨迹所对的圆心角，由求出时间。 【解答】解：A.带电粒子水平向右射入垂直于纸面向里的磁场中，受到向下的洛伦兹力，根据左手定则可知，该带电粒子带负电，故A错误； B.带电粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供向心力 由图中的几何关系可得 解得 故B错误； C.粒子在磁场中运动的周期 在磁场中运动的时间 解得 故C正确； D.洛伦兹力的方向时刻与粒子速度方向垂直，不做功，故D错误。 故选：C。 2．（2026•成都校级模拟）如图所示，高中物理研究小组设计了一个实验方案来研究空气阻力和洛伦兹力在带电粒子运动时对粒子的影响：将一个比荷为k的粒子以初速度v0射入一个与粒子速度方向垂直、磁感应强度大小为B的匀强磁场中，匀强磁场区域足够大，在空气阻力和洛伦兹力的共同作用下，粒子最终的位移为d；撤去磁场，射入一个初状态完全相同的粒子，若空气阻力大小与带电粒子运动的速度大小成正比，粒子重力不计，则该粒子的位移大小应为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【分析】根据正则动量，结合在有、无磁场过程中的不同状态分析求解。 【解答】解：由题可知f＝γv，γ为比例系数， 有磁场时，分解为x与y轴方向研究，假设x轴方向上总位移为x，y轴方向上总位移为y，则 根据动量定理在y轴方向上可得﹣γ∑vyΔt+qB∑vxΔt＝0 即﹣γy+qBx＝0 根据动量定理在x轴方向上可得﹣γ∑vxΔt﹣qB∑vyΔt＝﹣mv0 即﹣γx﹣qBy＝﹣mv0 联立解得比例系数与磁场的关系满足： 无磁场时，根据动量定理可得﹣γx′＝﹣mv0 联立解得 故A正确，BCD错误。 故选：A。 3．（2026•西城区一模）如图所示，带电粒子从正方形区域abcd的ad边中点，以垂直于ad边的初速度v0射入该区域。当该区域只存在垂直纸面向内的匀强磁场时，带电粒子恰好从b点射出；当该区域只存在沿ad方向的匀强电场时，带电粒子恰好从c点射出。不计重力，下列说法正确的是（　　） A．粒子带负电 B．粒子在磁场中的运动时间大于在电场中的运动时间 C．粒子射出磁场的速度大小等于射出电场的速度大小 D．粒子在磁场中受到的力的大小等于在电场中受到的力的大小 【答案】B 【分析】A、根据左手定则分析； B、画出粒子在磁场的运动轨迹，根据几何关系分析半径、圆心角和弧长，求解时间，粒子在电场做类平抛运动，根据平抛运动规律分析时间； C、粒子在磁场做匀速圆周运动，速率不变，粒子在电场运动，根据电场力做功分析速度； D、粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力，粒子在电场中运动，根据牛顿第二定律和平抛运动规律分析。 【解答】解：A、粒子向上偏转，根据左手定则可知，粒子带正电，故A错误； B、粒子在磁场和电场中的运动轨迹如图所示： 设正方形边长为d，粒子在磁场中运动，由几何关系可知，代入数据可得，则圆心角α＝53°，运动时间t1，代入数据可得t1， 粒子在电场中做类平抛运动，沿水平方向做匀速直线运动，运动时间t2t1，故B正确； C、粒子射出磁场速度大小仍为v0，在电场中运动电场力做正功，速度增大，射出电场的速度大于v0，故C错误； D、粒子在磁场中做圆周运动，洛伦兹力提供向心力f洛，代入数据可得f洛， 粒子在电场中运动，竖直方向有，由牛顿第二定律可知qE＝ma，代入数据可得qE，故D错误。 故选：B。 4．（多选）（2026•乌兰浩特市模拟）如图所示，在矩形区域ABCD内存在匀强磁场，磁感应强度大小为B0，方向垂直纸面向里。已知AB边长为d，BC边长为2d。O、E分别为BC、AD边的中点。在O点有一粒子源，可以在纸面内向磁场区域任意方向发射同种带电粒子，粒子质量均为m，电荷量均为q，初速度大小均相同。沿与OB方向成60°角的方向发射的粒子恰好从E点射出磁场。不计粒子的重力、空气阻力及粒子间的相互作用，下列说法正确的有（　　） A．粒子带正电 B．粒子运动的速度大小为 C．粒子在磁场中运动的最长时间为 D．从AD边射出的粒子，其初速度方向与OB方向的夹角可能大于90° 【答案】BC 【分析】根据速度与OB边的夹角为60°的粒子恰好从E点射出磁场，可知粒子的偏转方向，由几何关系可知粒子运动的轨道半径，从而求解粒子的速度；由于粒子做圆周运动的速度大小相同，因此在磁场中运动的轨迹越长，时间越长，找到最长的轨迹，结合周期公式求解最长的时间。 【解答】解：A.速度与OB的夹角为60°的粒子恰好从E点射出磁场，由粒子运动的轨迹根据左手定则可判断，粒子带负电，故A错误； B.如下图所示 根据粒子的运动轨迹，结合几何关系可知，粒子做圆周运动的半径 r＝d 由牛顿第二定律 联立解得粒子运动的速度大小为 故B正确； C.由于粒子做圆周运动的速度大小相同，因此在磁场中运动的轨迹越长，时间越长，分析可知，粒子在磁场中运动的最长弧长为四分之一圆周，因此最长时间为四分之一周期，即最长时间为 而最长时间对应圆心角为90°，故C正确； D.初速度水平向左时恰好过A点，竖直向上射入的带电粒子恰好过D点，则从AD边射出的粒子，其初速度方向与OB方向的夹角最大等于90°，不可能大于90°，故D错误。 故选：BC。 题型五 三角形边界的磁场题型 1．（2026•孝感模拟）如图所示，在边长为L的等边三角形内分布着垂直于纸面向外，磁感应强度大小为B的匀强磁场，在三角形的中心有一个点状的粒子源O，它可沿平行纸面的各个方向发射质量为m，电荷量为+q，速率为的同种粒子。不考虑粒子重力及粒子间相互作用，下列说法正确的是（　　） A．有部分粒子能够击中三角形的顶点 B．粒子在磁场中运动的最短时间为 C．粒子在磁场中运动的最长时间为 D．若磁感应强度大小为，仍有粒子能射出三角形区域 【答案】B 【分析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力求得粒子圆周运动的半径和运动周期；当轨迹圆弧为劣弧时，轨迹的弦长越短，圆心角越小，运动时间越短；所有粒子均不能射出三角形区域，临界条件为轨迹圆和三角形的边相切。 【解答】解：A、粒子在磁场中做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力得： 已知： 可得圆周运动的半径： 由等边三角形的几何知识可知O点到各个顶点的距离为此距离等于2r，假设粒子能够击中顶点，粒子的轨迹为半个圆周，显然粒子将从边界先射出，故无法击中顶点，故A错误； B、当粒子在边界上的出射点与O的连线垂直于出射点所在边界时，轨迹圆弧的弦最短，轨迹圆心角最小，运动时间最短，轨迹如图1所示 由等边三角形的几何中心为高的三等分点，可得最短弦长为 可得此轨迹圆心角： 粒子在磁场中运动周期为 故最短时间 故B正确； C、运动时间最长的粒子运动轨迹如下图 自O点经M点运动至P点的劣弧OMP，则运动最长时间小于半个周期，而半个周期为，故C错误； D、所有粒子均不能射出三角形区域，临界条件为轨迹圆和三角形的边相切，故D错误。 故选：B。 2．（2026•沧州二模）如图所示，空间中存在方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度的大小为B，ΔB1DF为磁场中一等边三角形区域，C为B1D边的中点，E为DF上一点，AB1＝L，B1D＝2L。一比荷为k的带电粒子从A点沿AB1的垂线方向射入磁场，改变入射速度的大小，使粒子分别经过C、E点，若粒子从A点运动到C点的时间和从A点运动到E点的时间相等，不计粒子重力，下列说法正确的是（　　） A．粒子从A点运动到C点的时间为 B．若粒子经过C点，则入射速度大小为2kBL C．D点和E点间的距离为 D．若粒子经过E点，则入射速度大小为 【答案】D 【分析】题目描述带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，从A点垂直射入磁场后分别经过C点和E点，且两次运动时间相等。解题需先明确粒子在磁场中运动的周期与速度无关，仅由比荷和磁感应强度决定，而运动时间取决于轨迹对应的圆心角。时间相等意味着两次轨迹的圆心角相同。分析粒子经过C点的轨迹，利用几何关系确定其圆心位置和半径，进而得到对应的圆心角与运动时间。再根据时间相等推断经过E点的轨迹圆心角相同，结合E点位于等边三角形边上的几何约束，可求出E点轨迹半径，最终得到对应的入射速度。 【解答】解：根据题意，带电粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力，由牛顿第二定律，解得粒子运动半径为，周期为。 由于粒子从A点沿AB1的垂线方向垂直射入磁场，其圆心必在过A点且垂直于初速度方向的直线上，即AB1所在的水平线上。 A、当粒子经过C点时，以B1为坐标原点建立直角坐标系，则A点坐标为（﹣L，0），C点坐标为。 设圆心为O1，由O1A＝O1C＝RC，解得圆心位于B1点，即轨道半径RC＝L。 此时粒子在磁场中转过的圆心角为θ＝120°，则粒子从A点运动到C点的时间由，解得：，故A错误； B、由A选项分析可知，粒子经过C点时的轨道半径RC＝L，由半径公式，解得入射速度大小为vC＝kBL，故B错误； C、由于粒子从A点到C点和到E点的时间相等，可知粒子在两轨道上转过的圆心角相同，均为120°。 设过E点的轨道半径为RE，圆心为O2，则O2的坐标为（﹣L+RE，0）。根据几何关系可知E点的坐标为，。由于E点在等边三角形的边DF上，而直线DF的方程为，代入E点坐标解得：。 将RE代入解得E点坐标为。由两点间距离公式，代入解得：，故C错误； D、由C选项分析可知，粒子经过E点时的轨道半径为，由半径公式，解得入射速度大小为，故D正确。 故选：D。 3．（2026•蚌埠模拟）如图，边长为L的正三角形ACD区域内存在垂直于纸面向里的匀强磁场。一带负电粒子从A点以速度v0沿∠DAC的平分线射入磁场，恰好从C点离开磁场。若该粒子以速度沿纸面从AC边中点垂直AC射入磁场，则其在磁场中的运动时间为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【分析】带负电粒子在匀强磁场中受洛伦兹力作用做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力。根据第一次运动的情况求出磁感应强度与已知量的关系，再分析第二次运动的轨道半径和圆心角，进而求出运动时间。 【解答】解：当粒子从A点以速度v0沿∠DAC的平分线射入磁场，粒子带负电，根据左手定则作出粒子在磁场中的运动轨迹如图所示 由几何知识可知∠AOC＝60°，粒子圆周运动的轨道半径为R＝L，由于洛伦兹力提供圆周运动的向心力，则有，解得，若该粒子以速度沿纸面从AC边中点垂直AC射入磁场，则粒子在磁场中运动的轨迹半径为，粒子圆周运动的周期，由几何知识可知，此时粒子偏转的圆心角θ＝60°，则粒子在磁场中运动的时间，故B正确，ACD错误。 故选：B。 4．（多选）（2026•雨花区校级一模）如图所示，边长为L的等边三角形abc区域外（包含边界）存在着垂直于abc所在平面向外的匀强磁场，P、Q为ab边的三等分点。一质量为m、电荷量为+q（q＞0）的带电粒子在abc平面内以速度v0从a点垂直于ac边射入匀强磁场，恰好从P点第一次进入三角形abc区域。不计带电粒子重力，下列说法正确的是（　　） A．磁场的磁感应强度大小为 B．粒子从bQ之间（不包括b、Q点）第二次通过ab边 C．粒子从PQ之间（不包括P、Q点）第二次通过ab边 D．粒子从a点开始到第二次通过ab边所用的时间为 【答案】AD 【分析】根据粒子的运动轨迹，结合几何关系以及洛伦兹力提供向心力分析求解。 【解答】解：A．粒子的运动轨迹如图所示 由几何关系可得 由 联立解得 故A正确； BC．由几何关系知，粒子第二次通过ab边时恰好过P点，故BC错误； D．设粒子做匀速圆周运动的周期为T，则 粒子从a点到第二次通过ab边所用的时间为 故D正确。 故选：AD。 题型六 圆形（弧形）边界的磁场题型 1．（2026•四川模拟）如图所示，以O为圆心、半径为R的圆形区域内存在垂直圆面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场。圆上有A、C、D三点，从A点沿半径AO方向射入一个带电粒子（不计重力），入射速度为v1时，粒子恰好从C点离开磁场。已知粒子的比荷为k，且∠AOC＝90°，∠AOD＝120°，下列说法正确的是（　　） A．粒子在磁场中的运动时间为 B．圆形区域的半径为 C．要使粒子从D点离开磁场，入射速度为 D．若只改变入射速度方向，粒子不可能经过O点 【答案】C 【分析】A.根据周期与时间的关系求粒子在磁场中的运动时间； B.结合A选项的分析和运动学公式求圆形区域的半径； C.画出粒子的运动轨迹，根据几何关系和洛伦兹力提供向心力要求使粒子从D点离开磁场时入射速度； D.根据半径的关系判断。 【解答】解：A．根据题意可知，粒子从A点进入磁场，C点离开磁场，则粒子的速度方向改变了90°，则粒子在磁场中的运动时间 故A错误； B．粒子从A点进入磁场，C点离开磁场，则粒子做圆周运动的轨迹半径 r＝R 而粒子在磁场中的运动时间为 联立可得，圆形区域的半径为 故B错误； C．粒子从C、D点离开磁场的运动轨迹如下图所示 根据几何知识可得 r1＝R， 根据洛伦兹力提供向心力有 联立可得 即要使粒子从D点离开磁场，入射速度为，故C正确； D．由于，所以若只改变入射速度方向，粒子可能经过O点，故D错误。 故选：C。 2．（2026•衡阳二模）如图所示是半径为R的薄壁圆筒的横截面，在其一条直径两端分别开有两个小孔a和b，处在方向平行于圆筒轴线并垂直纸面向内大小为B的匀强磁场中。质量为m、电荷量为﹣q的粒子，从小孔a以一定初速度与ab连线成θ角入射，最终从b孔穿出。设粒子与筒壁碰撞后，速度大小不变，速度方向变为关于碰撞点所在半径与原速度方向对称并反向，不计重力，下列说法正确的是（　　） A．若θ，且粒子没有与筒壁发生碰撞，则射入磁场的初速度为 B．若θ，且粒子与筒壁发生一次碰撞，则射入磁场的初速度一定为 C．若θ，且粒子与筒壁发生一次碰撞，则射入磁场的初速度一定为 D．若θ，且粒子与筒壁发生一次碰撞，则射入磁场的初速度一定为 【答案】B 【分析】先利用弦长公式分析选项A的轨迹半径与粒子速率，再结合圆筒内粒子碰壁一次的两类几何模型，借助正弦定理推导轨迹半径表达式，根据θ取值范围判定解的个数，逐一甄别BCD选项。 【解答】解：A.若，粒子无碰撞直接从a到b，ab是圆筒直径，长度2R，速度与弦ab的夹角为θ，弦长ab＝2rsinθ＝2R， 解得r＝2R， 由，，故A错误； BCD. 如果粒子与筒壁发生一次碰撞，可能存在两种情况如上图，其中， 左图中，由正弦定理， 右图中，由正弦定理， 根据r2的表达式，当时，有两个大于零的半径解r1和r2，而当时，只有一个大于零的半径解r1， 所以当，速度只有一个解， 当，速度有两个解，和，故B正确，CD错误。 故选：B。 3．（2026•芜湖模拟）如图所示，半圆形区域内有垂直纸面向外的匀强磁场，A、B为半圆直径的两个端点，O点为半圆的圆心，ON为圆的半径。现有带电粒子a、b分别以不同的速度从A点和B点沿半径方向同时进入磁场，并同时从N点射出磁场，不计粒子的重力和粒子间相互作用。已知∠AON＝60°，则粒子a、b（　　） A．做圆周运动的半径之比为1： B．运动的速率之比为3：2 C．比荷之比为2：1 D．运动的角速度之比为1：2 【答案】C 【分析】先通过几何关系求出两粒子的轨道半径之比，再结合洛伦兹力提供向心力、角速度与线速度公式，利用运动时间相等的条件联立求解比荷、角速度和线速度之比，判断选项正误。 【解答】解：A.令O点为原点，直线AB为x轴，设半径为R，又∠AON＝60°， 则A点坐标（﹣R，0），B点坐标（R，0），N点坐标， 粒子a、b均沿径向射入，因此也将沿径向射出， 则过N做圆的切线，与过A的垂线交点即为圆心Oa，与过B的垂线交点即为圆心Ob， 设半径ra。rb，轨迹圆心角θa。θb，则， 根据几何关系有，，，， 解得，， 因此ra：rb＝1：3，故A错误； BCD.由，可得， 又v＝ωr可得， 又θ＝ωt，粒子a、b同时到达N点，则， 不计粒子的重力，联立可得：θb，＝2：1， ， ，故BD错误，C正确。 故选：C。 题型七 多个组合边界磁场题型 1．（2026•淄博二模）如图，磁感应强度为B的匀强磁场区域足够大，磁场方向垂直纸面向里。中间有一边界截面为正六边形的无磁场区域，O为正六边形的中心，PQ为其一边。一质量为m、电荷量为q的带负电粒子从P点以与OP成30°角的速度垂直磁场射入匀强磁场区域，之后从Q点第一次返回无场区。不计粒子重力，则粒子在磁场中从P点运动到Q点的时间为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【分析】画出运动轨迹，根据几何关系分析圆心角，再根据周期计算出粒子从P到Q的运动时间。 【解答】解：粒子在磁场中做圆周运动，运动轨迹如图所示： 由几何关系可知，θ＝60°，则粒子转过的圆心角为300°，粒子做圆周运动的周期，则运动时间，代入数据可得t，故A正确，BCD错误。 故选：A。 2．（2026•南京模拟）如图所示，虚线的上方区域和下方区域均有垂直于纸面的匀强磁场，磁感应强度大小分别为B1和B2，两虚线之间无磁场，重力不计的带正电粒子以垂直于磁场方向的速度从A点射入上方区域，其运动轨迹如图所示，下列说法正确的是（　　） A．第一次从A到C的运动时间小于从D到E的 B．磁场均垂直纸面向外 C．磁感应强度B1＜B2 D．轨迹内上下两区域磁通量Φ1＞Φ2 【答案】A 【分析】根据洛伦兹力提供向心力得到圆周运动半径公式，周期公式，结合左手定则判断磁场方向，比较半径大小得出磁感应强度大小关系，再计算磁通量。 【解答】•解：ABC、粒子带正电，根据左手定则可得虚线的上方区域磁场垂直纸面向里，下方区域磁场垂直纸面向外，根据洛伦兹力提供向心力有：qvB＝m，可得半径为：r，速率不变，粒子在上方区域运动的半径较小，轨迹如图所示， 可知磁感应强度B1＞B2，根据：T，可知粒子在下方区域运动的周期长。运动时间为：t，粒子在上方区域和下方区域转过的圆心角相同，根据B1＞B2，可知第一次从A到C的运动时间小于从D到E的，故A正确，BC错误； D、轨迹内上下两区域磁通量分别为：Φ1＝B1S1，Φ2＝B2S2 其中：S1r1sinβ•r1cosβ（sinβcosβ） S2r2sinβ•r2cosβ（sinβcosβ） 可知Φ1（sinβcosβ）$，Φ2＝（+sinβcosβ），可知Φ1＜Φ2，故D错误。 故选：A。 3．（2025•泸州二模）如图所示，真空区域有同心圆a和b，半径分别为R和2R，O为圆心，圆a内和圆b外足够大的区域均存在有垂直圆面的匀强磁场，磁感应强度大小均为B，方向相反；a、b之间充满辐向电场，电场方向均指向圆心O。质量为m，电荷量为﹣q的带电粒子从圆a上的P点沿PO方向射入，入射速度大小为，已知带电粒子第二次经过圆b外匀强磁场区域后，再经电场恰好回到P点并沿PO方向射入。不计粒子重力，忽略边界效应，则圆a、b之间电势差为（　　） A． B． C． D． 【答案】C 【分析】根据洛伦兹力提供向心力，结合几何关系，综合粒子在电场中做匀加速运动，利用动能定理分析求解。 【解答】解：作出粒子的运动轨迹，如图所示 由带负电的粒子在a圈内的匀强磁场以速度向下偏转，从P1处进入环形电场，粒子所受电场力方向与速度方向相同，故粒子从P1到P2做加速运动，然后粒子以速度v2从P2点进入圆b外足够大的匀强磁场。 则带负电的粒子在a圈内的匀强磁场做匀速圆周运动，根据洛伦兹力提供向心力， 解得半径满足 根据几何关系可得： 解得：∠O1OP1＝30° 根据几何关系可得：∠O2OP2＝60° 在直角三角形OP2O2中，根据几何关系有： 粒子在圆b外足够大的匀强磁场做匀速圆周运动，则洛伦兹力提供向心力： 解得速度满足： 粒子从P1到P2做加速运动，根据动能定理有 解得圆a、b之间电势差： 故ABD错误，C正确。 故选：C。 4．（多选）（2026•辽宁模拟）如图，平面内有一个半径为R的圆形区域，右侧存在一个截面为矩形的区域abcd，两个区域的切点O为ad边的中点，ab＝R，bc＝2R，bc和cd边上分别有两个接收屏（接收屏的长度分别等于矩形区域的边长）。两个区域内均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，一群质量为m，电荷量为﹣q的粒子均匀分布在宽为2R区域内，紧邻且平行于da边以速度v0进入圆形区域。不考虑粒子的重力，射出矩形边界后的粒子不再考虑。下列说法正确的是（　　） A．打在bc边的粒子在矩形磁场中运动的最短时间为 B．矩形区域内粒子所经过的面积为（1）R2 C．打到cd屏上的粒子数占总数的比例为 D．打到bc屏上的粒子数占总数的比例为 【答案】ABD 【分析】根据牛顿第二定律求出射入的粒子在圆形区域内的运动半径；A.根据周期表达式结合时间公式求打在bc边的粒子在矩形磁场中运动的最短时间； B.画出粒子的运动轨迹，根据几何关系和数学思想求矩形区域内粒子所经过的面积S； CD.画出打在cd、bc屏的轨迹图，根据角度关系求打到cd屏上的粒子数占进入矩形区域粒子数的比例N。 【解答】解：洛伦兹力提供向心力 代入 可得 r＝R 所有粒子轨道半径均为R。根据磁聚焦结论：平行入射的粒子，轨道半径等于圆形磁场半径，所有粒子出圆形后均从O点进入矩形区域，方向不同。 A.打在 bc边（x＝R）的粒子，圆心角越小，运动时间越短。最短圆心角对应最短弦长，当粒子打在bc边的（R，0）点时，弦长OP＝R 由弦长公式 可得 即 周期 运动时间 故A正确； B.沿平行于Oa方向射入的粒子打在b点，此时为最远路径，如图所示 则粒子在磁场中所经过的面积为一个圆心角为90°的扇形和一个正方形的面积之和解得 故B正确； CD.如图所示 打到cd边打到C点的粒子速度方向与ad边垂直，是由f点射入的粒子。故打在bc边的粒子数占总数的比例为，假设从e点射入的粒子正好打在d点，由图可知ef为打到cd边的粒子分布，此时入射点和圆形磁场的圆心连线与水平方向的夹角为30°则打在cd边上的粒子数占总数的比例为 故C错误，D正确。 故选：ABD。 题型八 根据带电粒子的运动确定磁场区域范围题型 1．（2025秋•武昌区校级期末）如图所示，一质量为m、电荷量为q的带电粒子，从y轴上的P1点以速度v射入第一象限所示的区域，入射方向与x轴正方向成α角。为了使该粒子能从x轴上的P2点射出该区域，且射出方向与x轴正方向也成α角，可在第一象限适当的地方加一个垂直于xOy平面、磁感应强度为B的匀强磁场。若磁场分布为一个圆形区域，则这一圆形区域的最小面积为（不计粒子的重力）（　　） A． B．cos2α C．sinα D．sin2α 【答案】D 【分析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，根据题意作出粒子运动轨迹，根据牛顿第二定律求出半径，圆形磁场区域的最小面积是以磁场中圆周运动轨迹对应弦为直径的圆。 【解答】解：粒子在磁场中做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力， 由牛顿第二定律得：qvB＝m， 则粒子在磁场中做圆周的半径：R， 由题意可知，粒子在磁场区域中的轨道为半径等于r的圆上的圆周， 这段圆弧应与入射方向的速度、出射方向的速度相切，如图所示： 则到入射方向所在直线和出射方向所在直线相距为R的O′点就是圆周的圆心。粒子在磁场区域中的轨道就是以O′为圆心、R为半径的圆上 的圆弧ef，而e点和f点应在所求圆形磁场区域的边界上，在通过e、f两点的不同的圆周中，最小的一个是以ef连线为直径的圆周。 即得圆形区域的最小半径r＝Rsinα， 则这个圆形区域磁场的最小面积Smin＝πr2，故ABC错误，D正确。 故选：D。 2．云室内一原子核静止在范围足够大的匀强磁场（图中未画出）中的P点，该原子核发生α衰变，衰变产生的新核与α粒子恰在纸面内运动，经过一段时间后观察到的轨迹如图所示。下列说法正确的是（　　） A．沿曲线PM运动的原子核比荷较小 B．沿曲线PM运动的原子核动量较小 C．曲线PQ可能是抛物线的一部分 D．沿曲线PQ运动的可能是α粒子 【答案】A 【分析】B.衰变过程中原子核动量守恒，据此分析作答； C.变后新核与α粒子在磁场中做匀速圆周运动，据此分析作答； AD.根据牛顿第二定律得出半径的表达式，结合动量的关系和比荷的表达式完成分析。 【解答】解：衰变前原子核处于静止状态，衰变过程满足动量守恒，则衰变后瞬间新核与α粒子动量大小相等，方向相反，新核与α粒子在洛伦兹力作用下均做匀速圆周运动，由洛伦兹力提供向心力可得 可得 由于新核与α粒子动量大小相等，α粒子电荷量小于新核的电荷量，则α粒子的轨道半径大于新核的轨道半径，则沿曲线PM运动的是α粒子，根据半径公式可以知道比荷小的粒子在相同的磁场中做圆周运动的半径较大，图中曲线PM的半径较大，因此沿曲线PM运动的原子核比荷较小，故BCD错误，A正确。 故选：A。 3．（多选）（2026•肥城市模拟）如图所示，空间内有两个平行边界，距离为。在边界外侧有垂直于平面向外的匀强磁场，左侧区域的磁感应强度大小为B1，右侧区域的磁感应强度大小为B2，两边界间有水平向右的匀强电场，电场强度大小为E。在左侧边界A点有一个质量为m、电荷量为+q的粒子以初速度v水平向右进入电场，忽略重力，下列关于粒子运动的说法正确的是（　　） A．粒子从左向右经过电场的时间小于从右向左经过电场的时间 B．B1、B2满足一定关系时，粒子可能回到A点 C．若B1＝B2＝B，则粒子从出发到向右穿过左边界的时间可能为 D．若B1＝B2＝B，则粒子向右穿过左边界时离A点的距离可能为 【答案】BC 【分析】通过匀变速直线运动公式和对称性分析粒子在电场中的运动时间，结合洛伦兹力提供向心力的圆周运动规律，分别分析不同磁场条件下粒子的轨迹、运动时间和位移，判断各选项正误。 【解答】解：A.粒子从左向右经过电场时做匀加速直线运动，设穿过右边界的速度为v1，则有，， 解得v1＝3v， 则粒子从左向右经过电场的时间， 由对称性可知，粒子从右向左经过电场的时间也为，故A正确； B.当B2＝3B1时，由洛伦兹力提供向心力，得， 解得， 可知，粒子在两磁场区域内做圆周运动的半径相等，粒子回到A点，故B正确； C.若B1＝B2＝B，粒子做如图所示的周期性运动， 则粒子从出发到向右穿过左边界的时间为，故C正确； D.粒子在左侧磁场中的轨迹半径为，在右侧磁场中的轨迹半径为， 则粒子向右穿过左边界时离A点的距离，故D错误。 故选：BC。 4．（多选）（2026•崇左二模）在受控核聚变与深空导航等前沿科技领域中，带电粒子的精确操控是实现技术突破的关键。如图所示，在直角坐标系xOy内存在两个匀强磁场区域，以直线y＝x为分界线，即在y＞x的区域Ⅰ存在垂直纸面向外的匀强磁场，在y＜x的区域Ⅱ存在垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小均为B。t＝0时刻，一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力），从坐标原点O以大小为v的初速度沿x轴负方向射入区域Ⅰ。下列说法正确的是（　　） A．粒子第1次穿过分界线y＝x时的位置坐标为 B．时刻，粒子第1次穿过分界线 C．粒子第2026次穿过分界线时的位置坐标为 D．时刻，粒子第2026次穿过分界线 【答案】BD 【分析】AB.画出粒子的运动轨迹，根据洛伦兹力提供向心力求出半径，进而求出粒子第1次穿过分界线y＝x时的位置坐标，结合周期与时间的关系求粒子第1次穿过分界线的时间； CD.结合AB的分析求粒子第2026次穿过分界线时的位置坐标以及粒子第2026次穿过分界线的时间。 【解答】解：AB．画出粒子的运动轨迹，如下图所示 由洛伦兹力提供向心力 解得为 则粒子第1次穿过分界线y＝x时的位置坐标为 周期 可得粒子第1次穿过分界线的时间为，故A错误，B正确； CD．由图可得，粒子每经过分界线一次，水平位移和竖直位移均增大一个半径的距离，可得粒子第2026次穿过分界线时的位置坐标为 可得经过的时间，故C错误，D正确。 故选：BD。 题型九 叠加场运动题型 1．（2026•邢台二模）如图所示，空间直角坐标系中存在沿x轴正方向、磁感应强度大小为B的匀强磁场，O点有一粒子源，能沿与x轴正方向成37°角的各个方向源源不断地发射质量为m、带电荷量为+q、速度大小为v的粒子，右侧平行于yOz平面有一足够大的荧光屏，不计粒子重力和粒子间的相互作用，sin37°＝0.6。屏从O点向右平移，当屏上亮环第一次最大时，屏上圆的面积为S，再向左平移荧光屏，当屏上圆的面积为时，屏到O点的距离为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【分析】根据粒子的运动情况，画出粒子的运动轨迹，根据周期表达和运动学公式求当屏上圆的面积为时，屏到O点的距离。 【解答】解：粒子在磁场中的螺旋线运动粒子沿磁场方向做匀速直线运动，垂直磁场方向做匀速圆周运动，当屏上亮环第一次最大时，粒子运动半个周期，做匀速圆周运动的位移等于轨迹圆直径，再向左平移荧光屏，当屏上圆的面积为时，屏上圆的半径变为最大时的，如图所示 根据几何知识可知粒子偏转了60°角，即运动了六分之一周期。粒子做匀速圆周运动的周期 做直线运动的速度为 v1＝vcos37° 可知此时屏到O点的距离为 故B正确，ACD错误。 故选：B。 2．（2026•南通模拟）如图所示，内壁绝缘且光滑的半圆槽固定在水平面上，一带正电的小球从槽的最左端与槽圆心O等高处静止释放，球运动的周期为T1；若仅在该空间加垂直纸面向里的匀强磁场，球沿槽运动的周期为T2；若仅在该空间加竖直向下的匀强电场，球运动的周期为T3，不计空气阻力。则（　　） A．T2＜T1 B．T2＝T1 C．T3＝T1 D．T3＞T1 【答案】B 【分析】根据仅在该空间加垂直纸面向里的匀强磁场，小球受到的洛伦兹力一直指向圆心，对小球不做功，结合仅在该空间加竖直向下的匀强电场，小球先受到向下的电场力，后受到向上的电场力分析求解。 【解答】解：当仅在该空间加垂直纸面向里的匀强磁场，小球受到的洛伦兹力一直指向圆心，对小球不做功，小球切线方向上的速度不变，故时间与不加磁场相同，故T2＝T1， 仅在该空间加竖直向下的匀强电场，小球先受到向下的电场力，后受到向上的电场力，故整段的平均速度大于不加电场时的速度，故T3小于T1，故B正确，ACD错误； 故选：B。 3．（2026•河南模拟）如图所示，一质量为0.1kg、电荷量为﹣0.1C的物体在与水平面成37°角的天花板上以速度v0沿天花板方向做匀速直线运动，其与天花板之间的动摩擦因数为0.5，空间存在大小为1T，方向垂直于纸面向里的匀强磁场。sin37°＝0.6，重力加速度g＝10m/s2。关于v0的大小和方向，下列说法正确的是（　　） A．大小为8m/s，方向沿天花板向下 B．大小为4m/s，方向沿天花板向上 C．大小为20m/s，方向沿天花板向下 D．大小为12.5m/s，方向沿天花板向下 【答案】C 【分析】先对匀速运动的物体进行受力分析，根据平衡条件结合摩擦力公式求出洛伦兹力大小，再由洛伦兹力公式解得物体速度。 【解答】解：对物体受力分析，由于物体沿天花板方向做匀速直线运动，则物体受力平衡，所以洛伦兹力一定垂直天花板向上； 根据左手定则可知，物体的运动方向为沿天花板向下； 摩擦力与相对运动方向相反，沿天花板向上，受力分析图如图所示： 根据平衡条件可得mgcos37°+N＝F洛，f＝mgsin37°， 又f＝μN， 解得F洛＝2N， 根据F洛＝qv0B， 解得物体的速度大小为v0＝20m/s。 故选：C。 4．（多选）（2024秋•海口期末）一质量为m、电量为q的带电粒子以速度v0从x轴上的A点垂直y轴射入第一象限，第一象限某区域存在磁感应强度大小为B的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向外，粒子离开第一象限时速度方向与x轴正方向夹角θ＝60°。如图所示（粒子仅受洛伦兹力），下列说法正确的是（　　） A．带电粒子带负电荷 B．带电粒子在磁场中的做圆周运动的圆心角为60° C．如果该磁场区域是圆形，则该磁场的最小面积是 D．如果该磁场区域是矩形，则该磁场的最小面积是 【答案】BCD 【分析】A.结合题意，根据左手定则，即可分析判断； B.由题意可知，粒子在磁场中速度方向改变了60°，据此分析判断； C.由洛伦兹力提供向心力列式，画出粒子的运动轨迹，结合几何关系列式，即可分析判断； D.结合前面分析，根据几何关系列式，即可分析判断。 【解答】解：A.磁场方向垂直于纸面向外，粒子在磁场中顺时针偏转，根据左手定则可知，带电粒子带正电荷，故A错误； B.由题意可知，粒子在磁场中速度方向改变了60°，则带电粒子在磁场中做圆周运动的圆心角为60°，故B正确； C.由洛伦兹力提供向心力得：， 可得轨道半径为：， 粒子的运动轨迹如图所示： 若是圆形区域磁场，则以CD为直径的圆面积最小，根据几何关系可知：CD＝R， 故最小面积为：， 解得：，故C正确； D.若是矩形区域磁场，则以CD为长，以圆弧最高点到CD的距离h为宽，则矩形的面积最小， 则有：， 所以矩形区域磁场最小面积为：， 解得：，故D正确； 故选：BCD。 题型十 组合场运动题型 1．（2026•海口模拟）如图所示，在平面直角坐标系中，y轴左侧存在竖直向上的匀强电场，y轴右侧存在垂直xOy平面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场，P点为位于x轴上的一点，某时刻一带负电的粒子从P点以与x轴成θ角的初速度v0斜向上射出，经过电场偏转后，以垂直于y轴的速度进入磁场，经磁场偏转后粒子垂直经过x轴。不计带电粒子重力，则匀强电场的电场强度E的大小为（　　） A．Bv0sinθ B．Bv0tanθ C．Bv0sinθtanθ D．Bv0sinθtanθ 【答案】D 【分析】根据类斜抛运动的规律求出水平速度分量，结合洛伦兹力提供向心力和运动学公式求匀强电场的电场强度E的大小。 【解答】解：粒子在电场中做类斜抛运动，初速度v0分解为： 水平分量：v0x＝v0cosθ 竖直分量：v0y＝v0sinθ 粒子垂直于y轴进入磁场，说明此时竖直方向速度减为0，只有水平速度v＝v0cosθ 粒子进入磁场后做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力： 其中v＝v0cosθ，解得轨道半径： 粒子垂直经过x轴，说明圆周运动的轨道半径R等于粒子进入磁场时的竖直坐标y 竖直方向的位移： 而y＝R，所以： 整理得： 故ABC错误，D正确。 故选：D。 2．（2026•绵阳三模）如图，在xOy平面的第一、二象限有沿y轴负方向的匀强电场，在第三、四象限有垂直于xOy平面向外的匀强磁场。质量为m、电荷量为q的粒子从y轴上的P点以v0的初速度沿x轴正方向射出，并从x轴上的Q点进入磁场区域，一段时间后粒子恰能回到P点。已知P点的坐标为（0，L），Q点的坐标为（2L，0），不计粒子重力。则（　　） A．匀强电场的电场强度为 B．匀强磁场的磁感应强度为 C．若仅将磁感应强度变为原来的倍，则粒子第三次到达x轴的坐标为（﹣2L，0） D．若仅将磁感应强度变为原来的2倍，则粒子第三次到达x轴的坐标为（6L，0） 【答案】C 【分析】A、粒子在电场中做类平抛运动，根据平抛运动规律分析； B、画出粒子运动轨迹，根据几何关系分析半径，洛伦兹力提供向心力； CD、先分析轨迹半径，然后根据几何关系分析第二次经过x轴的坐标，结合粒子在磁场中的位移分析第三次到达x轴的坐标。 【解答】解：A、粒子在电场中做类平抛运动，有2L＝v0t，L，又qE＝ma，代入数据可得E，故A错误； B、粒子在Q点时，tanθ，vcosθ＝v0，代入数据可得θ＝45°，v，运动轨迹如图所示： 由几何关系可知轨迹半径r，又r，代入数据可得B，故B错误； C、若仅将磁感应强度减小为原来的一半，则半径r1＝2r，由几何关系可知圆心O2位于Q'正下方，粒子第二次到达x轴坐标为（﹣6L，0），在电场中沿x轴方向位移为4L，则第三次到达x轴的坐标为（﹣2L，0），故C正确； D、若仅将磁感应强度增大为原来的二倍，则半径r2＝0.5r，由几何关系可知圆心O3坐标为（L，﹣L），粒子第二次经过原点到达x轴，在电场中沿x轴方向位移为4L，则第三次到达x轴的坐标为（4L，0），故D错误。 故选：C。 3．（2026•永川区校级模拟）如图所示，真空区域内水平边界ab与cd相距为h，其间存在竖直向上的匀强电场。边界cd上方存在范围足够大的垂直于纸面向里的匀强磁场。M、P、N为边界cd上的三点，且MP＝L，PN＝2L。某时刻甲、乙两个带电粒子从ab边界沿电场线方向射入电场区域，然后分别由M、N两点同时射入磁场，最终同时被置于P点的粒子探测器接收。甲、乙粒子在磁场中运动的时间均为t，不计粒子的重力及粒子间的相互作用。下列说法正确的是（　　） A．甲、乙两粒子的比荷之比为2：1 B．乙粒子在电场中运动的时间为 C．乙粒子在电场中的加速度为 D．甲粒子在电场中运动时电势能减小 【答案】B 【分析】ABC.根据洛伦兹力提供向心力求出粒子运动半径，结合时间表达式求出比荷表达式，结合牛顿第二定律和运动学公式求出甲、乙两粒子的比荷之比，最后结合逆向思维和运动学公式求乙粒子在电场中的加速度和乙粒子在电场中运动的时间； D.由功能关系判断甲粒子在电场中运动时电势能的变化。 【解答】解：ACD、设粒子垂直进入磁场时的速度大小为v，粒子在磁场中运动半圈后被置于P点的粒子探测器接收，其运动半径为R，由牛顿第二定律： 解得粒子运动的半径 则粒子在磁场中运动的时间 联立知 由牛顿第二定律知，粒子在电场中运动的加速度大小 由题知，甲、乙粒子做圆周运动的半径分别为 则甲、乙粒子进入磁场时的速度大小分别为 甲、乙粒子在磁场中运动的时间相同，可见甲、乙两粒子的比荷相同，即比荷之比为1：1，甲、乙粒子在电场中运动的加速度相同，由左手定则知，甲粒子带负电，乙粒子带正电，则甲粒子在电场中做匀减速直线运动，乙粒子在电场中做匀加速直线运动，设甲、乙粒子在电场中运动的时间均为t1，加速度大小均为a，结合逆向思维知 联立知 故AC错误，B正确； D、甲粒子在电场中运动时电场力做负功，由功能关系知，甲粒子在电场中运动时电势能增大，故D错误。 故选：B。 4．（多选）（2026•石首市模拟）如图所示，在平面直角坐标系xOy内，第二象限存在沿x轴正方向的匀强电场，场强大小为E，第一、四象限存在垂直于坐标平面向外的足够大匀强磁场，磁感应强度为B。两个带电量均为+q、质量分别为m、m的粒子a和b，分别从第二象限的P1（d，d）、P2（﹣d'，d）同时由静止释放，均从y轴上的同一点S垂直y轴进入磁场。若粒子a在第一象限的轨迹为四分之一圆弧，且a、b两粒子在第一象限中运动的时间相等，不计粒子重力及相互作用，下列说法正确的是（　　） A．粒子b在磁场中运动的轨迹半径为 B．a、b两粒子经过S点时的速度之比为3：4 C．粒子b在电场中加速的距离为 D．a、b两粒子进入第三象限的时间差为 【答案】BC 【分析】由粒子a在第一象限中的轨迹为四分之一圆弧，可得到粒子a的运动半径；粒子在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力，可得到圆周运动的半径、周期；根据粒子a、b在第一象限的运动时间相同，可得到粒子b在磁场中运动半径；根据半径与速度的关系，可得到两粒子经过S点时的速度之比；粒子在电场中运动时，根据动能定理，可得到粒子b在电场中加速的距离；由粒子在单直线边界磁场中运动的特点，可得到粒子在第一、第四象限中运动的时间；由粒子在电场中运动的特点，可得到粒子在电场中运动的时间差，联立可得到a、b两粒子进入第三象限的时间差。 【解答】解：A、粒子a在第一象限中的轨迹为四分之一圆弧，可得到粒子a的运动半径为d； 粒子在磁场中运动时，洛伦兹力提供向心力，可得：、，粒子在第一象限的磁场中运动的时间为：，联立可得：，； 由粒子a、b在第一象限的运动时间相同，可得：，解得：，即粒子b在第一象限的磁场中轨迹如下： 由图可知：，解得b运动半径rb＝2d，故A错误； B、根据A选项分析，可知半径与速度满足：，则a、b两粒子的速度之比为：，可得到两粒子经过S点时的速度之比，故B正确； C、粒子在电场中运动时，根据动能定理，可得：，，解得粒子b在电场中加速的距离：，故C正确； D、由粒子在单直线边界磁场中运动的特点，可得到粒子在第一、第四象限中运动的时间分别为：， 由粒子在电场中运动的特点，可得到粒子在电场中运动的时间满足：， 联立可得到a、b两粒子进入第三象限的时间差Δt＝tb1+tb﹣（ta1+ta），解得：，故D错误。 故选：BC。 综合提升 一．选择题 1．（2026•云南模拟）如图所示，在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中有一粒子源，粒子源从O点在纸面内同时向各个方向均匀地发射带正电的粒子，其速率为v、质量为m、电荷量为q。PQ是在纸面内垂直磁场放置的厚度不计的足够长的挡板，挡板的Q端与O点的连线与挡板垂直，距离为，设打在挡板上的粒子全部被吸收，磁场区域足够大，不计带电粒子间的相互作用及重力。则（　　） A．板上有粒子打到的范围长度 B．打在板上的粒子在磁场中运动的最短时间为 C．打在板上的粒子在磁场中运动的最长时间为 D．打在挡板上的粒子占所有粒子的 【答案】B 【分析】粒子在磁场中受到的洛伦兹力提供做圆周运动的向心力，解得粒子运动的半径大小，根据几何关系可求得挡板长度，根据圆心角求得时间。 【解答】解：A.设带电粒子的质量为m，带电量为q，粒子在磁场中受到的洛伦兹力提供做圆周运动的向心力。 设粒子做圆周运动的半径为r，则有 解得 能打到挡板上的最远的粒子如图1： 由几何关系可知，挡板长度 故A错误； BC.由以上分析知，当粒子恰好从左侧打在P点时，时间最短，如图2轨迹1所示，则 由几何关系得粒子转过的圆心角为θ1＝106° 对应的时间为 当粒子从右侧恰好打在Q点时，时间最长，如图2轨迹2所示，由几何关系得粒子转过的圆心角为θ2＝254° 对应的时间为 故B正确，C错误； D.如图3所示 能打到屏上的粒子，在发射角在与x轴成37°到127°范围内90°角的范围内的粒子，则打在挡板上的粒子占所有粒子的，故D错误。 故选：B。 2．（2024秋•沙坪坝区校级期末）如图所示，一根无限长直导线水平放置，其中电流从右向左流过，导线正下方有一个粒子源，可水平向右发射出四种粒子：α粒子（带正电）、β粒子（带负电）、中子和质子，则轨迹向上偏转的粒子是（　　） A．α粒子 B．β粒子 C．中子 D．质子 【答案】B 【分析】题目中无限长直导线电流方向向左，根据安培定则可知导线正下方磁场方向垂直纸面向外。粒子源向右发射四种粒子，需用左手定则判断受力方向。带正电的α粒子和质子受洛伦兹力向下偏转，中子不受力保持直线运动，带负电的β粒子受力方向与正电荷相反，故向上偏转。 【解答】解：根据安培定则（右手螺旋定则）判断导线产生的磁场方向。导线中电流方向水平向左，用右手握住导线，大拇指指向电流方向（向左），四指弯曲方向即为磁感线环绕方向。在导线正下方，磁场方向垂直纸面向外。根据左手定则判断带电粒子受到的洛伦兹力方向：磁感线垂直穿过手心（手心对准纸面），四指指向粒子运动方向（向右）。若为带正电粒子（如α粒子、质子），大拇指指向下方，洛伦兹力向下，轨迹向下偏转；若为带负电粒子（如β粒子），受力方向相反，洛伦兹力向上，轨迹向上偏转；中子不带电，不受洛伦兹力，沿直线运动。因此，轨迹向上偏转的粒子是带负电的β粒子。故ACD错误，B正确。 故选：B。 3．（2026春•海淀区期末）边界MN上方区域内存在垂直于纸面的匀强磁场，带电粒子a、b垂直于磁场方向（同时垂直于磁场边界）从O点射入，它们的部分运动轨迹如图所示。不计粒子所受重力及粒子间的相互作用。下列说法正确的是（　　） A．粒子a带负电 B．若粒子a与粒子b所带电荷量相同，则粒子a的动量小 C．若两粒子射入时的初动能相同，则粒子a受到的洛伦兹力小 D．若粒子a先回到磁场边界，则粒子a的比荷小于粒子b的比荷 【答案】B 【分析】根据粒子在磁场中做匀速圆周运动，结合洛伦兹力提供向心力分析求解。 【解答】解：A．粒子a向左偏转，洛伦兹力方向向左，根据左手定则可知，粒子a带正电，故A错误； B．粒子a轨迹弯曲程度比粒子b大，表明粒子a圆周运动的半径小于粒子b圆周运动的半径，即有Ra＜Rb 根据， 解得， 若粒子a与粒子b所带电荷量相同，则粒子a的动量小，故B正确； C．若两粒子射入时的初动能相同，则有 两个粒子所受洛伦兹力分别为， 由于半径关系Ra＜Rb 则有Fa＞Fb，则粒子a受到的洛伦兹力大，故C错误； D．粒子在磁场中的轨迹为半个圆，经历时间为半个周期，若粒子a先回到磁场边界，则有Ta＜Tb 两粒子磁场中圆周运动的周期， 则有比荷关系 即若粒子a先回到磁场边界，则粒子a的比荷大于粒子b的比荷，故D错误。 故选：B。 4．（2026•马鞍山模拟）如图所示，正方形区域ABCD内存在垂直纸面的匀强磁场，E、F为CD边的三等分点。现从BC边上某点在纸面内沿不同方向，以速度v0向正方形区域内射入带电粒子。从CD边上的E、F点射出的粒子，速度与CD边垂直。已知粒子质量均为m，带电量均为q，正方形边长为L，不计粒子所受重力和粒子之间的相互作用。则该区域内磁感应强度大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】A 【分析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，作出从CD边上的E、F点射出的粒子运动轨迹，由几何关系求得粒子的运动半径，根据洛伦兹力提供向心力求解该区域内磁感应强度大小。 【解答】解：粒子在磁场中做匀速圆周运动，从CD边上的E、F点射出的粒子运动轨迹如下图所示： 根据洛伦兹力提供向心力得： 解得： 可知从CD边上的E、F点射出的粒子做匀速圆周运动的半径相同，设粒子从BC边上的P点进入磁场，P点与C点的距离为x，由几何关系得： 在△PCO1中有： 在△PCO2中有： 联立解得：，，故A正确，BCD错误。 故选：A。 5．（2026春•武汉期中）如图所示，直角三角形区域内存在垂直纸面向里的匀强磁场（含边界），磁感应强度为B，∠A＝90°，∠B＝30°，AC＝L，A处有一个粒子发射源，可以在0∼90°内发射不同速率的同种带负电粒子，粒子的比荷为k。若粒子的速率用v0（未知）表示，初速度与AB边的夹角用θ（未知）表示，不计粒子的重力及粒子间的相互作用，则（　　） A．若θ＝30°，粒子从AB边射出的最大速率为kBL B．若θ＝60°且粒子恰好不从BC边射出，则 C．若θ＝90°且粒子恰好不从BC边射出，则 D．若，粒子从BC边离开磁场的最短时间为 【答案】D 【分析】根据若θ＝30°，粒子从AB边射出的速率最大时，粒子的运动轨迹与BC边相切，若粒子恰好不从BC边射出，则粒子的运动轨迹与BC边相切，结合洛伦兹力提供向心力，以及几何关系分析求解。 【解答】解：A．若角度θ ＝30°，粒子从AB边射出的速率最大时，粒子的运动轨迹与BC边相切，根据对称性可知，粒子从B点离开磁场，粒子的运动轨迹如图所示 根据几何关系有 解得粒子从AB边射出的最大速率为，故A错误； B.若角度θ＝60°且粒子恰好不从BC边射出，则粒子的运动轨迹与BC边相切，粒子的运动轨迹如图所示 根据几何关系有r ＝Lcos30° ＝ 解得速度v0，故B错误。 C．若角度θ＝90°且粒子恰好不从BC边射出，则粒子的运动轨迹与BC边相切，粒子的运动轨迹如图所示 根据几何关系有 解得速度，故C错误。 D.根据洛伦兹力提供向心力有 可得粒子的半径公式满足 若，则 粒子从BC边离开磁场的时间最短，则粒子离开磁场的点与A点的连线与BC边垂直，粒子的运动轨迹如图所示 根据几何关系可知，ΔAO1D为等边三角形，则最短时间，故D正确。 故D正确，ABC错误。 故选：D。 6．（2026春•重庆期中）托卡马克环形容器是核聚变工程中重要装置，如图是某一托卡马克环形容器中磁场截面的简化示意图，两个同心圆围成环形区域内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B，内圆半径为R0。在内圆上A点发射a、b两个粒子，都恰好经过磁场外边界。已知a粒子沿同心圆的径向发射，其速度大小，b粒子沿内圆的切线方向发射，a、b都带正电且比荷均为。不考虑带电粒子所受重力和相互作用。则（　　） A．外圆半径等于2R0 B．a粒子恰好到达磁场外边界所用时间为 C．b粒子速度大小为 D．b粒子恰好到达磁场外边界所用时间为 【答案】C 【分析】根据洛伦兹力提供向心力，a沿径向发射，速度方向沿OA，因此轨道圆心Oa在与OA垂直的直线上，结合b沿切线方向发射，速度方向垂直于OA，因此轨道圆心Ob在OA直线上，粒子轨迹与外圆相切分析求解。 【解答】解：A．已知，根据洛伦兹力提供向心力，可得a粒子的运动半径ra＝R0 a沿径向发射，速度方向沿OA，因此轨道圆心Oa在与OA垂直的直线上，运动轨迹如图 由几何关系可得 解得外圆半径，故A错误； B．a从A到外边界切点，转过的圆心角θa＝π﹣β，由图可知角度tanβ＝1，解得β＝45° 可得圆心角 运动时间，故B错误； C．b沿切线方向发射，速度方向垂直于OA，因此轨道圆心Ob在OA直线上，粒子轨迹与外圆相切，运动轨迹如图所示。 设b轨道半径为rb，外圆半径满足R＝OOb+rb＝2rb﹣R0 又根据 可得b粒子的运动半径 ， 因此b粒子的速度，故C正确； D．b从A到外边界切点，A和切点分别在圆心Ob的两侧，转过圆心角θb＝π 则b粒子的运动时间 ，故D错误。 故选：C。 7.（2026•太原模拟）如图甲，两带电导体板水平放置，带正电粒子以速度v0从板中间射入，恰从下极板边缘射入与边界垂直的匀强磁场。已知板长为L，两板间距离为，粒子的荷质比为k，从进入磁场开始计时，磁感应强度随时间的变化如图乙所示，其中。则粒子从进入磁场到射出磁场的两点间距离为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【分析】先由粒子在电场中的类平抛运动求出进入磁场时的速度大小与方向，再结合磁场周期性变化的特点，分段分析粒子的圆周运动与匀速直线运动过程，最终求出出射点与入射点的间距。 【解答】解：由题粒子的运动轨迹如图所示： 根据L＝v0t，，可得， 因此进入磁场时速度与水平方向夹角为θ＝30°，速度为， 因为，故， 0到t0时间内，粒子偏转120°，t0到2t0磁感应强度为0，粒子做匀速直线运动，2t0到3t0粒子偏转120°，和0到t0时间对称， 故粒子从进入磁场和射出磁场的两点间距离为d＝2Rcos30°+vt0， 由，可得，因此B正确，ACD错误。 故选：B。 8．（2026•南岗区校级三模）2026年初，我国EAST（东方超环）“人造太阳”装置实现了1亿摄氏度与长脉冲稳态运行的新突破，提升了我国在磁约束核聚变领域中的国际地位。如图为实验所用的环流器结构示意图，等离子体（即各种粒子的混合体）被强磁场约束在环形真空室内。关于该装置，下列说法正确的是（　　） A．等离子体温度越高，分子运动速率越慢 B．磁场对等离子体的洛伦兹力不做功 C．该装置所用核燃料主要为铀235 D．磁约束控制之下带电粒子的动量不变 【答案】B 【分析】需结合核聚变原理、洛伦兹力特点及动量守恒 条件，逐一分析各选项的正确性。 【解答】A.等离子体温度越高，粒子的平均动能越大，分子运动速率越快，故A错误； B.洛伦兹力的方向始终与带电粒子的运动方向垂直，根据功的定义，力与位移方向垂直时不做功。因此磁场对等离子体的洛伦兹力不做功，故B正确。 C.EAST装置利用的是核聚变反应，其核燃料主要为氘和氚；而铀235是核裂变反应的燃料，故C错误； D.磁约束控制下，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，速度方向时刻变化，动量（矢量）的方向随之变化，即动量改变，故D错误。 故选：B。 9．（2026•铜陵模拟）如图所示，一质子源发射出的质子（初速度很小，可视为零）进入加速电场加速，从两板正中间平行极板进入偏转电场，穿过两板后又垂直于磁场射入边界线与偏转极板垂直的匀强磁场，磁场方向垂直于纸面向里。加速电压为U1，偏转电压为U2，粒子射入磁场和射出磁场的M、N两点间的距离为d，则（　　） A．d随U1增大而增大，d与U2无关 B．d随U2增大而增大，d与U1无关 C．若将质子换成α粒子，其他条件不变，d不变 D．若将质子换成α粒子，其他条件不变，d变小 【答案】A 【分析】需要依次分析粒子在加速电场、偏转电场、匀强磁场中的运动情况。通过动能定理求加速后的速度，在偏转电场中分解速度得到合速度大小和方向，再利用洛伦兹力提供向心力求圆周运动半径，结合几何关系求M、N间距。 【解答】解：AB、带电粒子在电场中加速过程，有，得，带电粒子在电场中偏转做类平抛运动，可将射出偏转电场的粒子速度v分解成初速度方向与加速度方向，设出射速度与水平夹角为θ，则有：。而粒子在磁场中做匀速圆周运动，设运动轨迹对应的半径为R，半径与直线MN夹角正好等于θ，则有：，所以，又因为半径公式，则有。故d随U1变化，d与U2无关，仅增大U1，d将增大，故A正确，B错误； CD、由知，若将质子换成α粒子，其他条件不变，变大，故d变大，故CD错误。 故选：A。 10．（2026•合肥模拟）如图所示，平面直角坐标系中，一个半径为a、弧长略小于半圆的圆弧形挡板关于x轴对称放置，其圆心位于原点。以y＝a为上边界、y＝﹣a为下边界、圆弧形挡板为右边界，左边界无穷远的区域内有垂直纸面向里的匀强磁场Ⅰ，磁感应强度大小为B1。其他区域内存在垂直纸面向外的匀强磁场Ⅱ，磁感应强度大小为B2。一质量为m、电荷量为q（q＞0）的带电粒子，从（﹣a，0）处以某一初速度沿x轴正向射出，恰好从（0，a）处进入磁场Ⅱ，之后与挡板仅发生一次碰撞，碰后速度大小变为原来的、方向与碰前相反，最后经过（0，﹣a）处回到磁场Ⅰ。不计粒子重力及碰撞时间，整个过程粒子电量保持不变，下列说法正确的是（　　） A．粒子初速度的大小为 B．两个磁场磁感应强度大小关系为B1＝2B2 C．粒子第二次离开磁场Ⅰ的位置坐标为 D．粒子从（﹣a，0）处至（0，﹣a）处的时间为 【答案】C 【分析】A.根据洛伦兹力提供向心力求粒子初速度的大小； B.画出粒子的运动轨迹，根据洛伦兹力提供向心力和几何关系求两个磁场磁感应强度大小关系； C.画出粒子的运动轨迹，根据洛伦兹力提供向心力和几何关系求粒子第二次离开磁场Ⅰ的位置坐标； D.根据周期表达式以及粒子在磁场中运动的时间关系求粒子从（﹣a，0）处至（0，﹣a）处的时间。 【解答】解：A.粒子在磁场Ⅰ中做匀速圆周运动，恰好从（0，a）处进入磁场Ⅱ，由几何关系可知半径为R＝a， 根据 可得 解得粒子初速度的大小为 故A错误； B.如图所示 根据 可得 碰后速度大小变为原来的，可设碰前的半径为3r，碰后的半径为r，根据几何关系可得 可得， 即 可得两个磁场磁感应强度大小关系为 故B错误； C.如图所示 根据 可得 可得粒子第二次离开磁场Ⅰ的位置坐标为 故C正确； D.在磁场B1中，周期 在磁场B2中，周期 粒子从（﹣a，0）处至（0，﹣a）处的时间为 故D错误。 故选：C。 二．多选题 11．（多选）（2026•黄冈二模）如图所示，空间内有垂直纸面向里的匀强磁场，磁场中有一粒子源O，可以均匀地向各个方向同时发出质量为m、电荷量为q、速率为v的带正电的粒子。PQ是平行磁场放置的足够长的挡板，挡板P端与O点的连线与挡板垂直，OP＝d。假设打在挡板上的粒子都会瞬间被挡板吸收且其电荷被及时导走，不计粒子重力及粒子之间的相互作用，（磁场区域足够大）下列判断正确的是（　　） A．若磁感应强度B，则发出的粒子打到挡板的最短时间为 B．若磁感应强度B，则发出的粒子打到P点最长时间与最短时间的差为 C．若磁感应强度B，则发出的粒子打到挡板的最短时间为 D．若磁感应强度B，则发出的粒子打到挡板左侧最远的点离P点的距离为 【答案】BD 【分析】AB.根据洛伦兹力提供做圆周运动的向心力求出粒子做圆周运动的半径，画出粒子的运动轨迹，结合周期与时间的关系求若磁感应强度B，发出的粒子打到挡板的最短时间以及发出的粒子打到P点最长时间与最短时间的差； CD.根据洛伦兹力提供做圆周运动的向心力求出粒子做圆周运动的半径，画出粒子的运动轨迹，根据周期与时间的关系求若磁感应强度B，发出的粒子打到挡板的最短时间结合几何关系求发出的粒子打到挡板左侧最远的点离P点的距离。 【解答】解：AB.粒子在磁场中受到的洛伦兹力提供做圆周运动的向心力。设粒子做圆周运动的半径为r。则有 解得 r＝d 在磁场中运动的周期为 发出的粒子打到P点最长时间与最短时间的轨迹如图所示 θ1＝60°，θ2＝300° 由几何关系可得则最短时间为 最长时间为 则发出的粒子打到P点最长时间与最短时间的差为 故A错误，B正确； CD.若磁感应强度 则 解得 在磁场中运动的周期为 发出的粒子打到挡板最短时间和发出的粒子打到挡板左侧最远的点轨迹如图所示 由几何关系可知 解得 θ3＝106° 则发出的粒子打到挡板的最短时间为 r'+r'sinθ4＝d 由几何关系可得解得 则发出的粒子打到挡板左侧最远的点离P点的距离为 故C错误，D正确。 故选：BD。 12．（多选）（2025•全国一模）地球的磁场是保护地球的一道天然屏障，它阻挡着能量很高的太阳风粒子直接到达地球表面，从而保护了地球上的人类和动植物。地球北极的磁场是沿竖直轴对称的非均匀磁场，如图所示为某带电粒子在从弱磁场区向强磁场区前进时做螺线运动的示意图，不计带电粒子的重力，下列说法正确的是（　　） A．该带电粒子带正电 B．从弱磁场区到强磁场区的过程中带电粒子的速率不变 C．带电粒子每旋转一周沿轴线方向运动的距离一直保持不变 D．带电粒子每旋转一周的时间变小 【答案】ABD 【分析】A.粒子受到的洛伦兹力指向轨迹的内侧，根据左手定则判断粒子电性； B.粒子只受洛伦兹力，根据洛伦兹力不做功分析； CD.根据题图由左手定则判断洛伦兹力方向指向斜上方，根据周期公式判断带电粒子每旋转一周的时间变化，根据力与运动的关系分析带电粒子每旋转一周沿轴线方向运动的距离的变化。 【解答】解：A．由左手定则可知，该带电粒子带正电，故A正确； B．因洛伦兹力对带电粒子不做功，则从弱磁场区到强磁场区的过程中带电粒子的速率不变，故B正确； CD．根据洛伦兹力提供向心力 带电粒子每旋转一周的时间为 可知随着磁场的增强，粒子运动半径逐渐减小，带电粒子每旋转一周的时间变小，带电粒子每旋转一周沿轴线方向运动的距离为 x＝v//T 故带电粒子每旋转一周沿轴线方向运动的距离减小，故C错误，D正确。 故选：ABD。 13．（多选）（2026•滕州市校级二模）利用图示装置可以选择一定速度的带电粒子。图中半圆为绝缘筒壁的横截面，直径PM的长为2R，弧线PN是覆盖在筒壁上的吸附层（可吸收打在其上的粒子），其长度L可调节，整个装置处于垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场中。一群质量为m、电荷量为q的粒子以不同速率从P沿PM方向进入磁场，粒子与PN以外的筒壁发生若干次碰撞后恰可从M射出。若碰撞过程遵循反射定律，没有动能损失，且电荷量保持不变，不计粒子的重力，关于从M射出的粒子，下列说法正确的是（　　） A．粒子一定带正电 B．若L＝0.4πR，则粒子的速率为 C．若L＝0.3πR，则粒子在磁场中运动的时间为 D．若L＝0.3πR，则粒子速率的最小值为 【答案】ABD 【分析】A.根据粒子的运动轨迹和左手定则判断粒子的电性； B.由洛伦兹力提供向心力求若L＝0.4πR，粒子的速率； C.根据周期与时间的关系求若L＝0.3πR，粒子在磁场中运动的时间； D.由洛伦兹力提供向心力求出半径表达式，画出粒子的运动轨迹，由几何关系求若L＝0.3πR，粒子速率的最小值。 【解答】解：A．根据题意可知，带电粒子进入磁场后，粒子的运动轨迹为向上偏转，所以带电粒子进入磁场时所受洛伦兹力方向为竖直向上，结合左手定则可知，带电粒子一定带正电，故A正确； B．若L＝0.4πR，粒子恰可从M射出，则粒子在磁场中的运动轨迹为半圆，则粒子的运动半径为r＝R，根据洛伦兹力提供向心力 解得粒子的速率为 故B正确； C．若L＝0.3πR，粒子恰可从M射出，则粒子在磁场中的运动轨迹可能为半圆，此时粒子在磁场中的运动周期为 所以粒子在磁场中运动的时间为 故C错误； D．若L＝0.3πR，由洛伦兹力提供向心力可得 解得粒子运动的半径 所以粒子速率最小时，粒子的运动半径最小，如图 由几何关系可知 解得粒子速率的最小值为 故D正确。 故选：ABD。 14．（多选）（2026•沙坪坝区校级模拟）如图为一种新型粒子装置，粒子源放置在水平面上长为3L、宽为2L的矩形abcd的中心O，矩形内有方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，粒子源向水平面各个方向持续均匀发射比荷为的带正电粒子，速度大小限制在2v0到3v0之间，不计粒子源的尺寸、粒子间相互作用和粒子重力。下列说法正确的是（　　） A．若所有粒子均不射出磁场，则B的最小值为 B．若所有粒子均不射出磁场，则B的最小值为 C．若所有粒子均射出磁场，则B的最大值为 D．若所有粒子均射出磁场，则B的最大值为 【答案】AD 【分析】AB.根据半径表达式求若所有粒子均不射出磁场，则B的最小值； CD.根据半径表达式求若所有粒子均射出磁场，则B的最大值。 【解答】解：AB.所有粒子均不射出，则 解得B 故A正确； CD.所有粒子均射出，则以速度2v0出射粒子，临界情况与两边同时相切，如图 则 r2＝（L﹣r）2+（1.5L﹣r）2 即 且 则B 故D正确。 故选：AD。 15．（多选）（2026•江门模拟）完全相同的平行板电容器1、2、3按如图所示的位置放置。开有小孔的负极板固定在等边三角形PQM的三条边上，三个小孔恰好在三条边的中点，三角形区域内有垂直于纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场。0时刻比荷为k的带正电粒子从PQ边上小孔处垂直于PQ边射入三角形内，依次穿过各个小孔后能回到初始位置。已知三角形的边长为L，电容器的两极板均连接在恒压电源两端且板间距离均为d，不计粒子的重力。下列说法正确的有（　　） A．粒子在磁场中运动的速度大小为kBL B．电容器两板之间的电压至少为 C．粒子每次在电容器内运动的时间可能大于 D．仅移动正极板来改变电容器的板间距离，粒子仍能回到出发位置 【答案】BD 【分析】先由磁场中圆周运动的几何关系与洛伦兹力公式求出粒子初速度，再结合动能定理、匀变速运动规律分析减速过程，最后分析恒压电容器的电压特性对粒子运动的影响。 【解答】解：A.根据题意粒子轨迹如图： 几何关系可知粒子在磁场中做匀速圆周运动的轨迹圆半径， 根据， 因为， 联立解得，故A错误； B.粒子在电容器中减速运动过程，根据动能定理有， 联立解得， 可知电容器两板之间的电压至少为，故B正确； C.粒子每次在电容器内减速运动的时间， 因为， 联立解得， 可知粒子每次在电容器内运动的时间， 可知粒子每次在电容器内运动的时间不可能大于，故C错误； D.题意可知电容器的两极板均连接在恒压电源两端，仅移动正极板来改变电容器的板间距离，极板间电压不变，电场力做功不变，则粒子在磁场中运动的速率不变，因此粒子仍能回到出发位置，故D正确。 故选：BD。 16．（多选）（2026•枣庄模拟）如图所示，xOy坐标平面内，以O点为圆心的两个圆，半径分为r和r。小圆区域Ⅰ内的匀强磁场垂直于纸面向里，磁感应强度大小为B，环形区域Ⅱ内的匀强磁场垂直于纸面向外。一质量为m、电量为q的带正电粒子从A（0，r）点沿y轴负方向出发，由P（r，0）点首次进入区域Ⅱ且恰好不能从其外边界射出，不计粒子的重力。下列说法正确的是（　　） A．粒子运动的速度大小为 B．区域Ⅰ、Ⅱ内的磁感应强度大小之比为：1 C．粒子从A点出发到第一次返回区域Ⅰ的过程中，速度方向改变了120° D．粒子返回A点的最短时间为（5+4） 【答案】AD 【分析】粒子在磁场中做匀速圆周运动，结合洛伦兹力提供向心力，以及几何关系分析求解。 【解答】解：由题意可知，粒子在磁场中的轨迹如图所示 A.根据几何关系可知，粒子在区域内的半径大小为r1＝r 根据牛顿第二定律可得 解得，故A正确； B.由几何关系可知， 可得θ＝60°， 根据牛顿第二定律可得，可得B：B'，故B错误； C.因为θ＝60°，由轨迹图可知，粒子从A点出发到第一次返回区域l的过程中，速度方向改变了90°+θ＝150°，故C错误； D.由轨迹可知，粒子在区域绕O点转过90°，在区域Ⅱ绕O点转过60°，所以当粒子在区域Ⅰ运动10次，在区域Ⅱ中运动9次时，粒子第一次回到A点，粒子在区域l中运动的周期为则粒子在区域l中运动一次所需时间为，粒子在区域Ⅱ中运动的周期为，则粒子在区域Ⅱ中运动一次所需时间为 所以粒子返回A点的最短时间为 故D正确。 故选：AD。 17．（多选）（2026•安徽模拟）如图所示，直角坐标系xOy位于竖直面内，y轴竖直向上。在第四象限内有沿x轴负方向的匀强电场和垂直坐标平面的匀强磁场（未画出），在第二象限内的P点沿x轴正方向抛出一个质量为m、带电量大小为q的带电小球，抛出时的速度大小为v0，小球从O点进入第四象限，经过O点时速度方向与x轴正向的夹角为45°，小球进入第四象限后做匀速直线运动，小球在第四象限运动到Q点（未画出）时将电场方向立即改为沿y轴正向，此后小球的运动轨迹刚好与x轴相切。已知重力加速度为g，小球可视为质点，则下列说法正确的是（　　） A．小球带负电 B．匀强磁场的磁感应强度大小为 C．P、Q两点沿y轴方向的距离为 D．P、Q两点沿y轴方向的距离为 【答案】BD 【分析】先由匀速直线受力平衡判定电性、磁场方向并求出磁感应强度，撤电场后重力与电场力平衡、洛伦兹力充当圆周向心力，结合几何关系算出PQ竖直间距。 【解答】解：A.小球在第四象限内做匀速直线运动，垂直于速度方向的洛伦兹力有竖直向上分量与重力平衡及水平向右分量与电场力平衡， 若小球带负电，电场力水平向右，小球不可能平衡， 若小球带正，电场力水平向左，小球可能平衡，则小球必须带正电； B.根据A可知，磁场方向一定垂直纸面向里， 小球进入第四象限时的速度大小为， 小球进入第四象限做匀速直线运动，则小球受力平衡，则有qEtan45°＝mg，， 解得； CD.当电场沿y轴正向时，小球做匀速圆周运动，作出运动轨迹，如图所示： 设圆周运动的半径为r，根据洛伦兹力提供向心力有， 解得， 根据几何关系，可得Q点到x轴的距离， 又P点离x轴的距离， 因此P、Q两点沿y轴方向的距离，故C错误，D正确。 故选：BD。 18．（多选）（2026•泉州模拟）如图所示，平面直角坐标系xOy中，在0＜x＜L区域内有沿y轴负方向的匀强电场和垂直xOy平面向里的匀强磁场，电场强度大小与磁感应强度大小的比值为v0。一带正电粒子从坐标原点以速度v0沿与x轴正方向成30°角方向射入该区域，一段时间后沿x轴正方向射出，不计粒子重力，则（　　） A．粒子从右边界射出时速度大小可能是v0 B．粒子从右边界射出时速度大小可能是v0 C．粒子在该区域中的运动时间可能为 D．粒子在该区域中的运动时间可能为 【答案】BC 【分析】粒子在电场和磁场叠加区域中运动，其初速度可分解为沿x轴和y轴的分量，电场力与由x方向速度产生的洛伦兹力分量恰好平衡，使得粒子在x方向保持匀速直线运动，而y方向的运动等效为在平动参考系中以初速度沿y轴做匀速圆周运动。从右边界沿x轴正方向射出时，要求y方向合速度为零，对应圆周运动转过四分之一或四分之三圆周等特定角度，由此可确定射出速度的可能值。运动时间由圆周运动周期与x方向匀速位移共同决定，需结合边界条件L建立方程求解时间表达式。 【解答】解：将粒子的初速度v0分解为沿x轴正方向的分量vx0和沿y轴负方向的分量vy0，有：，。 粒子受到的电场力大小为FE＝qE，方向沿y轴负方向。根据已知条件，可知。因此电场力FE＝qvx0B。 根据左手定则，粒子以速度vx0向右运动时，受到的洛伦兹力分量方向沿y轴正方向，大小恰好为fy＝qvx0B＝FE。 由于电场力与该水平速度产生的洛伦兹力分量相互抵消，我们可以利用运动的合成与分解，将粒子的实际运动分解为两个分运动： （1）以速度沿x轴正方向的匀速直线运动； （2）在以速度vx0平动的参考系中，粒子以初速度（方向沿y轴负方向）在剩余洛伦兹力作用下做匀速圆周运动。 该匀速圆周运动的半径，周期。当粒子从右边界“沿x轴正方向射出”时，其y轴方向的合速度必须为零。 这意味着在平动参考系中，粒子沿y轴的速度分量变为零，即转过了圆周或圆周等。 AB、在平动参考系中，当y方向速度为零时，粒子沿x方向的相对速度为。回到实验室参考系，由速度合成可知射出时的速度大小，即速度大小可能为或。故A错误，B正确； CD、当粒子转过圆周时，所需时间，此时在平动参考系中沿x方向的相对位移为R。在实验室参考系中的总水平位移为x＝vx0t1+R＝L。 由于，有T＝4t1。半径可表示为，即。代入水平总位移公式有，解得该情况下的运动时间为。 当粒子转过圆周时，所需时间，在平动参考系中沿x方向的相对位移同样为R。由于，有。半径可表示为，即。代入水平总位移公式有，解得该情况下的运动时间为。故C正确，D错误。 故选：BC。 19．（多选）（2026•淮北模拟）如图甲所示，平行金属板MN间距为d，长度为l，紧邻金属板右侧有宽度为d，方向垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度B＝5.0×10﹣3T，CD为分界线，EF为置于磁场右边界的足够长的屏幕。MN板间接有如图乙所示的随时间t变化的电压UMN，两板间电场可看作是均匀的，且两板外无电场。比荷的粒子以速度沿平行金属板MN间中线OO′连续射入电场，在每个粒子通过电场区域的极短时间内，电场可视为是恒定不变的。已知l＝d＝0.2m，粒子带正电且粒子的重力和粒子间相互作用力可忽略不计，，则打在屏幕EF上的粒子（　　） A．在EO′间的离O′最远距离为0.1m B．在EO′间的离O′最远距离为0.2m C．在FO′间的离O′最远距离约为0.24m D．在FO′间的离O′最远距离约为0.18m 【答案】BD 【分析】先分析t＝0时刻射入的未被加速粒子，用洛伦兹力提供向心力求出最小半径，再分析刚好从极板边缘射出的粒子，通过类平抛运动求最大速度，再结合圆周运动规律计算其打在屏幕上的位置，从而判断选项。 【解答】解：AB.如图所示： t＝0时刻射入电场的带电粒子不被加速，进入磁场做圆周运动的半径最小，粒子在磁场中运动时，有， 则带电粒子进入磁场做圆周运动的最小半径为r1＝0.2m， 即在EO'间的离O'最远距离为0.2m，故A错误，B正确； CD.带电粒子射出电场时的速度最大时，在磁场中做圆周运动的半径最大，打在屏幕上的位置最低，设此时MN板间的电势差为U1，带电粒子刚好从极板边缘射出电场，则有，， 联立解得U1＝100V， 则粒子进入磁场时速度大小为 解得 设速度的偏转角为θ，则 粒子打在屏幕上的位置为F，运动轨迹如图中曲线Ⅱ所示，则 解得 r2＝0.28m 由数学知识可知，运动径迹的圆心Q点必与M板在同一水平线上，则 解得 O'F＝0.18m 故C错误，D正确。 故选：BD。 三．解答题 20．（2026•云南模拟）如图，真空中两个足够大的平行金属板M、N水平固定，间距为d，M板接地。M板上方整个区域存在垂直纸面向里的匀强磁场。M板O点处正上方P点有一粒子源，可沿竖直方向发射速度大小为v0的带电粒子，粒子恰好能与M板成60°穿过Q点处的小孔。已知OP＝L，两板间距，粒子质量均为m，电量为﹣q，初始时两板均不带电，粒子碰到金属板后立即被吸收，电荷在金属板上均匀分布，金属板电量可视为连续变化，不计金属板厚度、粒子重力及粒子间的相互作用，忽略边缘效应。问： （1）M板上方磁感应强度大小是多少？ （2）MN板间能达到的最大电场强度是多少？ （3）如果MN板间达到最大电场强度后，给两板之间增加和M板上方相同的匀强磁场，求粒子的落点与Q的距离？ 【答案】（1）M板上方磁感应强度大小是； （2）MN板间能达到的最大电场强度是； （3）如果MN板间达到最大电场强度后，给两板之间增加和M板上方相同的匀强磁场，粒子的落点与Q的距离为。 【分析】（1）画出粒子的运动轨迹，由几何关系和洛伦兹力提供向心力求M板上方磁感应强度大小； （2）根据类斜抛运动的规律和牛顿第二定律求MN板间能达到的最大电场强度； （3）根据配速法求出粒子的运动分解为水平的匀速直线和圆心向另一方向上的匀速圆周运动的两个分速度大小，根据半径表达式和周期与时间的关系求粒子的落点与Q的距离。 【解答】解：（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动，由几何关系可知 r＝2L 由 有 解得 （2）粒子进入板间做类斜抛运动，竖直方向有 根据牛顿第二定律有 由 可解得 （3）板间存在向下的电场和向里的磁场，可以把粒子的运动分解为水平的匀速直线和圆心向另一方向上的匀速圆周运动qv1B＝Eq 即v1＝v0 其中v1方向做匀速直线运动，v2方向做匀速圆周运动，匀速圆周扫过的圆心角达到60°时，粒子落到M板 粒子的落点与Q的距离为。 答：（1）M板上方磁感应强度大小是； （2）MN板间能达到的最大电场强度是； （3）如果MN板间达到最大电场强度后，给两板之间增加和M板上方相同的匀强磁场，粒子的落点与Q的距离为。 21．（2026•嘉兴二模）如图所示，粒子源能释放初速可视为0的带电粒子，并从O1进入加速区，沿O1O2连线加速后垂直进入偏转区（长×宽×高＝4d×4d×7d）底部中心O2，随后从狭缝进入接收区，最终被可水平移动的收集板接收。收集板与偏转区右侧面形状相同并对齐，狭缝上O3点与收集板上O4点等高；加速区竖直方向存在电压可调的匀强电场；偏转区存在匀强磁场Ⅰ，方向可调且垂直于O1、O2、O3、O4所构成的竖直平面。 （1）若粒子源产生比荷分别为25k和4k的正离子a和b，当加速电压为U时，正离子a恰能垂直击中O4。求： ①匀强磁场Ⅰ的磁感应强度B大小； ②收集板能收集到两种正离子时，离狭缝的最大水平距离x； ③若在接收区加上磁感应强度大小为磁场Ⅰ的3倍且水平向右的匀强磁场Ⅱ，则收集板向右移动时，a和b落点的连线在收集板上扫过的区域面积S。 （2）若粒子源产生大量电子且收集板用金属钨制成，当高速电子轰击钨核时，动能以一定的比例转化为辐射能并释放X射线。若动能转化比例为100%，就可辐射出能量最大的X射线，但此类X射线辐射强度几乎为0。X射线辐射强度随波长的具体分布如图乙所示（所有被加速的电子都能全部击中收集板），请利用图中数据计算普朗克常量h。 【答案】答：（1）①匀强磁场Ⅰ的磁感应强度B大小为； ②离狭缝的最大水平距离为4d； ③a和b落点的连线在收集板上扫过的区域面积为（2+π﹣arctan2）•d2； （2）普朗克常量为6.4×10﹣34J•s。 【分析】（1）①对粒子1，利用动能定理求加速后的速度，再结合洛伦兹力提供向心力，求出磁场强度B； ②对粒子2，同样用动能定理和洛伦兹力公式求其圆周运动半径，再通过几何关系算出水平位移x； ③对粒子2在3B磁场中的螺旋运动，分解速度分量，用洛伦兹力公式求圆周运动半径，再结合几何关系计算其扫过的总面积； （2）利用电子动能与光子能量的关系，结合X射线最短波长数据，代入公式求解普朗克常量h。 【解答】解：（1）①由题意可知：，r1＝2d， 根据洛伦兹力提供向心力：， 根据动能定理：， 可得； ②由题意可知， 根据洛伦兹力提供向心力：， 根据动能定理：， 可得r2＝5d， 根据右图中几何关系可知：α＝37°，， 可得x＝4d； ③由题意可知粒子b将做螺旋线运动，在与收集板平行的平面内做圆周运动， 根据洛伦兹力提供向心力：， 可得r'2＝d， 根据右图中几何关系可知：，即β＝arctan2， 故扫过面积总面积为2个直角三角形面积与1个扇形面积之和， 即； （2）由题意可知：eU＝Ek﹣0， ， 利用能谱图可取加速电压30kV时（0.04nm，0）或20kV时（0.06nm，0）， 代入数据可得h＝6.4×10﹣34J•s。 答：（1）①匀强磁场Ⅰ的磁感应强度B大小为； ②离狭缝的最大水平距离为4d； ③a和b落点的连线在收集板上扫过的区域面积为（2+π﹣arctan2）•d2； （2）普朗克常量为6.4×10﹣34J•s。 22．（2026•江阴市校级模拟）如图所示，空间中存在垂直于xOy平面向里磁感应强度为B的匀强磁场。y轴正方向竖直向上，x轴正方向水平向右。x轴上有一厚度不计的薄板MN，垂直于xOy平面固定，薄板长度为2a，中点位于O点。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子，可从y轴上y＝﹣a处的P点以速率沿xOy平面向不同方向发射。若粒子打到薄板下表面会被吸收，打到薄板上表面会被反弹，粒子与薄板间的碰撞为弹性碰撞，碰撞前后速度大小不变，方向遵循光的反射定律，不计粒子重力。 （1）求粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径r； （2）求粒子从发射到被吸收经历的最短时间t。 （3）粒子发射后能否与薄板碰撞一次就返回P点？若能，求粒子发射方向与y轴负方向的夹角θ，若不能，请说明理由。 【答案】（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为a； （2）粒子从发射到被吸收经历的最短时间t为； （3）粒子发射后能与薄板碰撞一次就返回P点，粒子发射方向与y轴负方向的夹角θ为30°。 【分析】（1）由洛伦兹力提供向心力求出粒子的轨道半径； （2）用动圆的思维找到打在板上时间最短的点的位置，画出轨迹，由几何关系求出偏转角，结合周期公式求出时间； （3）根据对称性找到只碰撞一次时碰撞的点的位置，作出粒子运动轨迹，结合几何关系求出射方向； 【解答】解：（1）根据 粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径 （2）粒子在磁场中做完整圆周运动的周期 当粒子发射后直接打到薄板下表面的O点，用时最短，如图所示 设粒子发射方向与y轴正方向的夹角为α，偏向右侧，由几何关系有 粒子从发射到吸收经历的最短时间 （3）由对称性分析可知，当粒子发射后直接打到薄板上表面的O点，一次反射后恰好能回到P点，粒子轨迹如图所示 粒子发射方向与y轴负方向间的夹角为θ，偏向右侧。由几何关系有 得θ＝30° 此时轨迹圆弧与x轴的交点到O点的距离为L＝2rcosθ 有La＞a 说明此种情况成立。 答：（1）粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为a； （2）粒子从发射到被吸收经历的最短时间t为； （3）粒子发射后能与薄板碰撞一次就返回P点，粒子发射方向与y轴负方向的夹角θ为30°。 23．（2026•潮州模拟）如图所示，两块平行金属板水平放置，板长和板间距均为2d，两板之间存在竖直向上的匀强电场。极板右侧空间存在范围足够大的匀强磁场B，磁场方向垂直纸面向外。极板左侧有一束宽度为2d，均匀分布的离子束以相同的初速度v0沿着平行于金属板的方向射入电场，已知离子质量均为m，电荷量均为+q，电荷碰到极板立即被吸收，且不考虑电场的变化，进入电场的粒子有50%能从电场射出。不考虑粒子间的相互作用，不计粒子重力和金属板厚度，忽略电场的边缘效应。 （1）要使离子能沿直线通过两极板间的电场，可在极板间施加一垂直于纸面的匀强磁场B0，求B0的大小； （2）若两极板间仅有电场，从电场中射出的粒子经磁偏转后能全部回到电场中，求磁感应强度B的取值范围； （3）若磁感应强度的B大小取（2）中的最小值，求从正极板边缘射入的离子，在电磁场中运行时间。 【答案】（1）要使离子能沿直线通过两极板间的电场，可在极板间施加一垂直于纸面的匀强磁场B0，B0的大小为； （2）若两极板间仅有电场，从电场中射出的粒子经磁偏转后能全部回到电场中，磁感应强度B的取值范围为； （3）若磁感应强度的B大小取（2）中的最小值，求从正极板边缘射入的离子，在电磁场中运行时间为。 【分析】（1）根据类平抛运动的规律求出场强E的表达式，结合平衡关系求B0的大小； （2）根据速度的合成求出射出时速度偏转角度，结合洛伦兹力提供向心力求磁感应强度B的取值范围； （3）画出粒子的运动轨迹，根据运动学公式和牛顿第二定律求从正极板边缘射入的离子，在电磁场中运行时间。 【解答】解： （1）有50%粒子射出，对于临界粒子在电场中有：水平方向：2d＝v0t 竖直方向： qE ＝ma 沿直线运动满足：qB0v0＝qE 解得： （2）粒子射出电场时：竖直速度：vy＝at＝v0 射出速度： 射出时速度偏转角度： 由洛伦兹力提供向心力知： 全部回到电场满足 解得： （3）容易判断第二次目标粒子无法离开电容器，轨迹如下图所示： 第一次在电场中： 第二次在电场中 v'y＝vcos45°＝v0 得： 磁场中： 综合知在电磁场中运动的时间： 答：（1）要使离子能沿直线通过两极板间的电场，可在极板间施加一垂直于纸面的匀强磁场B0，B0的大小为； （2）若两极板间仅有电场，从电场中射出的粒子经磁偏转后能全部回到电场中，磁感应强度B的取值范围为； （3）若磁感应强度的B大小取（2）中的最小值，求从正极板边缘射入的离子，在电磁场中运行时间为。 24．（2026•城西区校级二模）光滑足够大的水平桌面上右侧，有一边长为L的等腰直角三角形abc区域，其内分布着垂直桌面的匀强磁场，磁感应强度大小为B。以ac、cd、fa为边界分布着与ab边垂直，方向由d指向c的匀强电场，俯视图如图所示。三个可视为质点的小球A、B、C在ab的延长线上，小球质量均为m，小球A带电量为+q，B、C不带电。小球A位于绝缘轻质弹簧的右端，与弹簧接触但是不粘连，弹簧的左端系着小球B。初始时弹簧处于原长状态，C以初速度v0沿着ab连线方向与B发生碰撞，碰撞后B、C粘连在一起，小球A与弹簧分离后进入磁场，此后不再与B、C相碰。求： （1）弹簧弹性势能的最大值； （2）若小球A能进入电场区，小球C的初速度v0应满足的条件； （3）要使小球A穿过分界面ac次数最少并从a点离开电场，则电场强度E随初速度v0变化的表达式。 【答案】（1）弹簧弹性势能的最大值为； （2）若小球A能进入电场区，小球C的初速度v0应满足的条件为； （3）要使小球A穿过分界面ac次数最少并从a点离开电场，则电场强度E随初速度v0变化的表达式为，其中。 【分析】（1）根据动量守恒和能量守恒求弹簧弹性势能的最大值； （2）根据动量守恒和能量守恒求出A分离时，A的速度，结合洛伦兹力提供向心力求出半径表达式进而求出若小球A能进入电场区，小球C的初速度v0应满足的条件； （3）画出粒子的运动轨迹，根据牛顿第二定律和运动学公式求要使小球A穿过分界面ac次数最少并从a点离开电场，则电场强度E随初速度v0变化的表达式。 【解答】解：（1）C与B碰撞，以水平向右的方向为正方向，根据动量守恒mv0＝（m+m）v1 解得 B、C压缩弹簧至最大弹性势能时，三者共速v2，以水平向右的方向为正方向，根据动量守恒2mv1＝3mv2 解得 由能量守恒得 （2）A分离时，弹簧原长，B、C速度vB，A速度vA，以水平向右的方向为正方向，根据动量守恒2mv1＝2mvB+mvA 能量守恒 解得 A进入磁场需满足洛伦兹力提供向心力，轨道半径r≤L（不从cb边离开），由 得 故，即 （3）A进入电场后，在磁场中运动的圆，第一次进入电场，减速后加速回到第一次离开边界的点（图中未画出轨迹），速度方向与进入时相反，接着进入磁场运动的圆，第二次进入电场做类平抛运动（需要满足3r≤L），沿电场方向做匀加速，垂直电场方向做匀速。 从a点离开电场，水平位移2r，竖直位移2r，初速度方向有 电场方向有 代入t解得： 由3r≤L得到速度需要满足 答：（1）弹簧弹性势能的最大值为； （2）若小球A能进入电场区，小球C的初速度v0应满足的条件为； （3）要使小球A穿过分界面ac次数最少并从a点离开电场，则电场强度E随初速度v0变化的表达式为，其中。 25．（2026•淄博三模）如图所示，三个同心圆处于同一竖直面内，O为圆心，圆Ⅰ的半径为（1）R，圆Ⅱ的半径为R。圆Ⅰ、Ⅱ之间存在垂直圆面向外的匀强磁场；圆Ⅱ、Ⅲ之间的环形区域存在背向圆心的均匀辐向电场，环形边界间的电压U可调；圆Ⅱ上四分之一圆弧SQ处有吸收装置。圆Ⅲ上P处不断有相同的带电粒子飘入电场，粒子的初速度几乎为0。当U＝U0（未知）时，粒子经电场加速后以竖直向上的速度v射出电场，由Q点射入磁场，经过磁场偏转后，刚好与圆I相切，最终到达SQ区域均被吸收。已知粒子质量为m，电量为+q，不计粒子的重力及粒子间相互作用。 （1）求电压U0的大小； （2）求圆Ⅰ、Ⅱ之间磁场的磁感应强度B的大小； （3）将电压U从连续增加到U0过程中（时间足够长），粒子仍由P点飘入电场，求圆Ⅱ上有粒子穿越部分的弧长L。 【答案】（1）电压U0的大小为； （2）圆Ⅰ、Ⅱ之间磁场的磁感应强度B的大小为； （3）将电压U从连续增加到U0过程中（时间足够长），粒子仍由P点飘入电场，圆Ⅱ上有粒子穿越部分的弧长L为πR。 【分析】（1）由动能定理求电压U0的大小； （2）根据洛伦兹力提供向心力求圆Ⅰ、Ⅱ之间磁场的磁感应强度B的大小； （3）由动能定理和洛伦兹力提供向心力求出粒子圆周运动的半径，画出轨迹图，根据几何关系求出弧线ab、cd和dS的长度，进而求出圆Ⅱ上有粒子穿越部分的弧长L。 【解答】解：（1）粒子在PQ间加速，由动能定理得 解得： （2）在磁场中，粒子做匀速圆周运动，设其半径为r，则① 洛伦兹力提供向心力② 联立方程①②解得： （3）电压为时，由动能定理得③ 洛伦兹力提供向心力④ 联立方程③④解得： 其运动轨迹如图 由几何关系得，此过程中粒子由Q点出发到第一次回到圆Ⅱ上的a点，对应圆Ⅱ的圆心角为，电压为U0时，半径为R，此过程中粒子由Q点出发到第一次回到圆Ⅱ上的b点，该两点对应圆Ⅱ的圆心角为，故电压由连续增加到U0的过程中，所有粒子第一次回到圆Ⅱ，对应圆Ⅱ上的弧线ab的长度为 ⑤ 同理，电压为时，粒子第二次回到圆Ⅱ上的位置为c点，对应圆Ⅱ上Qc的圆心角为；电压为U0时，粒子第二次回到圆Ⅱ上的位置为d点，对应圆Ⅱ上Qd的圆心角为π；故电压由连续增加到U0的过程中，所有粒子第二次回到圆Ⅱ，对应圆Ⅱ上的弧线cd长度为 ⑥ 电压为时，粒子第三次回到圆Ⅱ上的位置为d点，刚好与电压为U0时粒子第二次回到圆Ⅱ上的位置相同。则图中弧线dS上都有粒子穿越。对应圆Ⅱ上的弧线长度为 ⑦ 故，有粒子穿越部分的弧长L＝L1+L2+L3⑧ 联立方程⑤⑥⑦⑧得L＝πR 答：（1）电压U0的大小为； （2）圆Ⅰ、Ⅱ之间磁场的磁感应强度B的大小为； （3）将电压U从连续增加到U0过程中（时间足够长），粒子仍由P点飘入电场，圆Ⅱ上有粒子穿越部分的弧长L为πR。 1 / 51 学科网（北京）股份有限公司 $