10.5带电粒子在磁场中的运动 同步练习（3） --2025-2026学年下学期高一物理人教版必修第三册

**基本信息** 粒子在有界场运动同步练，分层覆盖基础概念到综合应用，通过几何分析与多场情境设计，强化物理观念与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层（单选1-2）|洛伦兹力、圆周运动周期|直接应用公式，简单几何关系| |中档层（多选3、解答4-6）|磁场轨迹分析、电与磁组合|多射出点分析，类平抛与圆周结合| |拔高层（解答7-9）|多场综合、实际装置、周期性|加速电场+磁场，荧光屏测量，双磁场区域|

10.5:粒子在有界场中的运动练习题 一、单选题 1．如图，正方形abcd内有方向垂直于纸面的匀强磁场，电子在纸面内从顶点a以速度v0射入磁场，速度方向垂直于ab。磁感应强度的大小不同时，电子可分别从ab边的中点、b点和c点射出，在磁场中运动的时间分别为t1、t2和t3，则（   ） A．t1 < t2 = t3 B．t1 < t2 < t3 C．t1 = t2 > t3 D．t1 > t2 > t3 2．如图所示，在直角坐标系中，有一个边长为的正方形区域，点在原点，点和点分别在轴和轴上，该区域内存在垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为，一带正电的粒子质量为，电荷量为，以速度从点沿轴正方向射入磁场，不计粒子重力。下列说法正确的是（　　） A．若粒子恰好从点射出磁场，则粒子的速度 B．若粒子的速度，则粒子在磁场中运动的时间 C．若粒子的速度，则粒子射出磁场时的速度方向与轴正方向的夹角为 D．若粒子从边射出磁场，则粒子在磁场中运动的时间范围是 二、多选题 3．如图所示，平面直角坐标系xOy中，x轴上方充满磁感应强度大小为B、垂直纸面向外的匀强磁场。在O点有一可视为质点的粒子源，沿纸面不断放出同种带负电粒子，且粒子的速率均为v，粒子射入磁场时的速度方向与x轴正方向的夹角θ的范围为60°~120°。不计粒子重力及粒子间的相互作用，已知粒子在y轴上能到达的最远距离为a，则下列说法正确的是（    ） A．粒子在磁场中运动的半径为a B．粒子射出磁场时到O点的最远距离为2a C．粒子射出磁场时到O点的最近距离为a D．从距O点最近的位置射出磁场的粒子在磁场中运动的时间可能为 4．如图所示，在直角坐标系的第一象限内有沿轴正方向的匀强电场，在第四象限内有垂直于纸面向里的匀强磁场。一质量为、电荷量为的带负电的粒子从原点以大小为的速度沿轴正方向射入，通过磁场后到达轴上的点，不计粒子所受的重力。(1)求匀强磁场的磁感应强度；(2)将该粒子改在轴上的点同样以速度平行于轴正方向射入电场中，从处的点（图中未画出）进入磁场，求电场强度的大小；(3)在第（2）问情景下，粒子最后从轴上点（图中未画出）离开磁场，求粒子在磁场中运动的时间。 5．如图所示，边长为L的等边三角形内有垂直于纸面向里、磁感应强度大小为的匀强磁场，D是边的中点，一质量为m、电荷量为的带电的粒子从D点以速度v平行于边方向射入磁场，不考虑带电粒子受到的重力。(1)若粒子垂直于边射出，求粒子做匀速圆周运动的半径； (2)若粒子从C点射出，求粒子在磁场中运动的时间t。 6．如图所示，一个质量为、电荷量为的带电粒子从轴正方向上的点以速度沿与轴成角的方向射入第一象限内的匀强磁场中，并恰好垂直轴射出第一象限。已知，匀强磁场方向垂直第一象限，不计带电粒子的重力。求：(1)匀强磁场的方向，并画出粒子的轨迹；(2)匀强磁场的磁感应强度的大小；(3)带电粒子穿过第一象限所用的时间。 7．控制带电粒子的运动在现代科学实验、生产生活、仪器和电器等方面有广泛的应用。现有这样一个简化模型：如图所示，在平面的第一象限存在沿y 轴正方向的匀强电场，第四象限存在垂直于平面向里的匀强磁场。第二象限内M、N两个平行金属板之间的电压为U，一质量为、电荷量为粒子（不计粒子重力）从靠近M 板的S 点由静止开始做加速运动，粒子从y轴上的P点垂直于y 轴向右射出，然后从x 轴上的a点（d，0）离开电场进入磁场，最后从y轴上的b点离开磁场区域，粒子在b点的速度方向与y轴正方向的夹角 。求：(1)粒子运动到P 点射入电场的速度大小；(2)第一象限电场强度的大小E；(3)第四象限内磁感应强度的大小B。 8．研究小组设计了一种通过观察粒子在荧光屏上打出的亮点位置来测量粒子速度大小的装置，如题图所示，水平放置的荧光屏上方有沿竖直方向强度大小为B，方向垂直于纸面向外的匀强磁场。O、N、M均为荧光屏上的点，且在纸面内的同一直线上。发射管K（不计长度）位于O点正上方，仅可沿管的方向发射粒子，一端发射带正电粒子，另一端发射带负电粒子，同时发射的正、负粒子速度大小相同，方向相反，比荷均为。已知，，不计粒子所受重力及粒子间相互作用。(1)若K水平发射的粒子在O点产生光点，求粒子的速度大小。(2)若K从水平方向逆时针旋转60°，其两端同时发射的正、负粒子恰都能在N点产生光点，求粒子的速度大小。(3)要使（2）问中发射的带正电粒子恰好在M点产生光点，可在粒子发射t时间后关闭磁场，忽略磁场变化的影响，求t。 9．如图所示，两平行虚线MN、PQ间无磁场。MN左侧区域和PQ右侧区域内均有垂直于纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小分别为B和2B。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子从MN左侧O点以大小为的初速度射出，方向平行于MN向上。已知O点到MN的距离为，粒子能回到O点，并在纸面内做周期性运动。不计重力，求 (1)粒子在MN左侧区域中运动轨迹的半径； (2)粒子第一次和第二次经过PQ时位置的间距； (3)粒子的运动周期 第3页 共4页 ◎ 第4页 共4页 第1页 共4页 ◎ 第2页 共4页 学科网（北京）股份有限公司 《粒子在有界场中的运动》参考答案 题号 1 2 3 答案 A D ABD 1．A 【详解】由于带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，则电子在磁场中运动的时间为 设正方形abcd的边长为l，则，， 则有t1 < t2 = t3 故选A。 2．D 【详解】A．若粒子恰好从c点射出磁场，几何关系可知，粒子圆周运动半径为r=L 根据洛伦兹力提供向心力，有 解得，故A错误； B．若，则轨迹圆半径 这种情况粒子从d点射出，可知圆心角为180°，运动时间为，故B错误； C．若粒子的速度，则轨迹圆半径 则粒子从cd边射出，设粒子射出磁场时速度方向与y轴正方向夹角为，则，故C错误； D．若粒子从cd边射出磁场，从d点射出，可知圆心角为180°，时间最长且为 从c点射出，可知圆心角为90°，时间最短且为 则粒子在磁场中运动的时间范围是，故D正确。 故选D。 3．ABD 【详解】ABC．如图所示 粒子从最右侧射入时，轨迹圆心为，根据几何关系可知为等边三角形，所以，故AB正确，C错误； D．从点离开磁场的粒子在磁场中转过的角度可能为，也可能是，则在磁场中运动的时间可能为 也可能是 故D正确。 故选ABD。 4．(1) (2) (3) 【详解】（1）粒子从O点进入磁场运动到P点，洛伦兹力提供向心力，则有 由几何知识可得 解得，磁感应强度 （2）粒子在电场中做类平抛运动，沿轴方向做匀速直线运动，则 解得 沿轴方向做匀加速直线运动 解得 根据牛顿第二定律 解得 （3）粒子离开电场时的速度大小和速度方向与x轴正方向的夹角θ满足， 即 粒子进入磁场运动，洛伦兹力提供向心力则有 解得半径 因为 所以圆周轨道的圆心A在y轴上，如图所示 则粒子在磁场中运动的圆心角为 粒子在磁场中运动的周期为 运动时间为 5．(1) (2) 【详解】（1）根据题意，若粒子垂直于边射出，画出粒子的运动轨迹如图所示 由几何关系可得，粒子做匀速圆周运动的半径 （2）根据题意，若粒子从C点射出，画出粒子的运动轨迹如图所示 设粒子的运动半径为，由几何关系有 解得 又有 解得 粒子在磁场中运动的周期为 则粒子在磁场中运动的时间 6．(1)垂直纸面向外，轨迹如图 (2) (3) 【详解】（1）由左手定则可知，磁场方向垂直纸面向外，轨迹如图 （2）由几何关系可知 由 可得 （3）带电粒子穿过第一象限转过的角度为 所用的时间 7．(1) (2) (3) 【详解】（1）根据动能定理可得 解得粒子运动到P 点射入电场的速度大小 （2）粒子在第一象限的电场中做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动，则有 竖直方向做匀加速直线运动，则有 对粒子受力分析，由牛顿第二定律可得 联立解得 （3）结合上述分析可知 解得 设粒子离开电场的速度与x轴正方向的夹角为，由几何关系 解得 则粒子进入磁场中的速度 作出粒子在磁场中运动的轨迹如图所示 根据几何关系可知 解得 粒子在磁场中运动，洛伦兹力提供圆周运动的向心力，则有 联立解得 8．(1) (2) (3) 【详解】（1）由题意粒子水平发射后做匀速圆周运动，要在O点产生光点，其运动半径 运动过程中由洛伦兹力提供向心力有 联立解得 （2）若K从水平方向逆时针旋转60°，其两端同时发射的正、负粒子恰都能在N点产生光点，则两端粒子的轨迹正好构成一个完整的圆，且在N点相切，如图 由于K从水平方向逆时针旋转60°，则，根据和和关系可知此时粒子做匀速圆周运动的半径为 根据洛伦兹力提供向心力可知 解得 （3）由题意带正电粒子恰好在M点产生光点，则关闭磁场时粒子速度恰好指向M，过M点做正电粒子轨迹的切线，切点为P，如图 根据前面解析可知，所以 由于，且 根据几何关系可知，而 所以 粒子在磁场中运动的周期，对应的圆心角 所以 9．(1) (2) (3) 【详解】（1）粒子在左侧磁场中运动，根据洛伦兹力提供向心力有 可得 （2）粒子在左侧磁场运动，设从MN射出时速度方向与MN的夹角为θ，由于O到的距离，结合，根据几何关系可知； 粒子在MN和PQ之间做匀速直线运动，所以粒子从PQ进入右侧磁场时与PQ的夹角；粒子在右侧磁场做匀速圆周运动有 解得 根据几何关系可知粒子第一次和第二次经过PQ时位置的间距 （3）由图可知粒子在左边磁场运动的时间 粒子在右边磁场运动的时间 根据对称性可知粒子在MN左侧进出磁场的距离 所以粒子从MN到PQ过程中运动的距离为 粒子在MN和PQ之间运动的时间 综上可知粒子完成完整运动回到O点的周期为 答案第6页，共6页 答案第1页，共6页 学科网（北京）股份有限公司 $