带电粒子在磁场中偏转问题的攻略

带电粒子偏转公式推导当一个带电粒子在磁场中运动时，会受到洛伦兹力的作用，导致其路径发生偏转。

为了推导带电粒子的偏转公式，我们需要了解一些基本概念和公式。

1. 洛伦兹力：带电粒子在磁场中所受到的力称为洛伦兹力，用F表示。

洛伦兹力的大小与粒子的电荷q、速度v以及磁场的强度B有关。

其公式为F = qvBsin θ，其中θ是速度v与磁场B之间的夹角。

2. 圆周运动：当带电粒子在磁场中受到洛伦兹力的作用时，其路径会变为圆周运动。

在圆周运动中，粒子以一定的半径r绕着圆心旋转。

现在，我们来推导带电粒子偏转的公式：3. 假设带电粒子的质量为m，速度为v，电荷为q，初始位置为P，进入一个垂直于速度方向的均匀磁场B。

4. 在磁场中，洛伦兹力会使带电粒子发生向圆心的加速度。

根据牛顿第二定律，该加速度与洛伦兹力的关系为F = ma，其中a表示加速度。

5. 由洛伦兹力的公式F = qvBsinθ，我们可以将其代入牛顿第二定律的公式，得到qvBsinθ= ma。

6. 由于带电粒子做圆周运动，其加速度a可以表示为向心加速度ac，即a = ac。

而向心加速度的公式为ac = v^2/r，其中r是圆周运动的半径。

7. 将向心加速度的公式代入qvBsinθ= ma，得到qvBsinθ= mac。

8. 我们可以将带电粒子质量和电荷的比值写为q/m = ω，其中ω称为带电粒子的角频率。

将这个比值代入公式，得到qvBsinθ= mωac。

9. 将向心加速度ac的公式代入，得到qvBsinθ= mωv^2/r。

10. 然后，我们可以将角频率ω写为v/r，即ω= v/r。

将这个关系代入公式，得到qvBsinθ= mv^2/r。

11. 通过简单的变换和化简，得到带电粒子偏转公式为qvB = mv^2/r。

至此，我们推导出了带电粒子偏转的公式qvB = mv^2/r。

这个公式描述了带电粒子在磁场中做圆周运动时，洛伦兹力、速度、磁场和轨道半径之间的关系。

荣成四中高二物理组
一、带电粒子在匀强磁场中的运动规律
1、带电粒子以一定的初速度进入匀强磁场， 带电粒子将做怎样的运动？
（1）当v//B ， F=0 ，带电粒子以速度v做匀速直线运 动 （2）当v⊥B，带电粒子以入射速度v做匀速圆周运动
洛伦兹力提供向 心力：
周期：
qvB mv 2 / r T 2r 2m
① 粒子进出单一直边界磁场， 入射角等于出射角。 ② 粒子进出圆边界磁场沿半径方向入，沿半径方向出。
作业题答案：
• 1D 2BD 3B 4C 5B 6A 7ABC 8ABCD 9D 10 ACD 11C
• 12 3.2X10-7m/s (π/96)X10-6S
• 0.2 0.1 3 m
• 13 V>Bqd/m t= m/2Bq
• 14 v>dBq/m( 1 cos ) • 15 U=B2L2e/2msin2
第11题、
t
2
T
T 2r 2m
v qB
R tan300 r
a VR o
r
600
c V
600
v qB
半径：
r
mv qB
2、粒子在磁场中运动的解题思路：
找圆心
利用v⊥R 利用弦的中垂线
画轨迹 利用轨迹和V相切
求半径 求时间
几何法求半径
向心力公式求半径
t
2
T
T 2r 2m
v qB
⑴粒子在磁场中运动的角度关系
偏向角 弦切角 圆心角
角度关系：2vຫໍສະໝຸດ A BvO
⑵粒子进入有界磁场的特点

s=2r=
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。
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。
如图所示，一个带负电的粒子以速度v由坐标原点射入磁感应强度 为B的匀强磁场中，速度方向与x轴、y轴均成45°。已知该粒子电 量为-q，质量为m，则该粒子通过x轴和y轴的坐标分别是多少？
45
45
O
（二）利用互余或互补和关系
如图所示,一束电子流以一定速率通过一个处于矩形空间的磁感应 强度为B匀强磁场,速度方向与磁感线垂直。且平行于矩形空间的其 中一边,矩形空间边长为 3 a和a电子刚好从矩形的相对的两个顶 点间通过,求电子入射速度V和在磁场中的飞行时Байду номын сангаас。
60
30
60
O
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？
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？
熟记 于心
mv r qB
互推
灵活 应用
直角三角形 三角函数 勾股定理
T t 2 T

磁偏转问题圆心确定四法带电粒子(不计重力)垂直射入匀强磁场，粒子的运动轨迹是圆周或圆弧。

这类问题是常见的典型的力学、磁场知识结合的综合题，在高考中多次考查，是考试的难点。

求解这类问题的关键是：定圆心画出轨迹，求出半径，确定圆心角等。

其中解决带电粒子在有界磁场中的运动、确定圆心是解题的难点。

下面介绍磁偏转问题圆心确定常用的四种方法：一、半径法适用情况：如果已知带电粒子的出射速度和入射速度方向，分别作出过入射点和出射点速度方向的垂线，两垂线的交点便是圆心，如图所示。

【例题1】电视机的显像管中，电子束的偏转是使用磁偏转技术实现的。

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点而达到屏幕的中心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为多大？(已知电子质量为m，电荷量为e)解题要点：二、角平分线法适用情况：如果已知带电粒子的出射速度和入射速度方向，则入射速度方向的延长线和出射速度方向的反向延长线夹角的角平分线与入射速度垂线的交点就是圆心。

如图所示。

【例题2】一质量为m、带电荷量为q的粒子，以速度v0从O点沿y轴正方向射入磁感应强度为D的一圆形匀强磁场区域，磁场方向垂直于纸面，粒子飞出磁场区域后，从D 处穿过x 轴，速度方向与x 轴正方向夹角为30°，不计重力。

求：(1)圆形磁场区域的最小面积；(2)粒子从O点进入磁场区域到达D点所经历的时间及D点坐标。

解题要点：三、垂直平分线法适用情况：如果已知带电粒子的入射速度方向和做圆周运动轨迹的一条弦，先作出过入射点速度方向的垂线，然后作弦的垂直平分线，两垂线的交点便是圆心。

【例题3】如图，虚线MN是一垂直纸面的平面与纸面的交线，在平面右侧的空间存在磁感应强度为B的匀强磁场，方向垂直纸面向外，O是MN上的一点，从O点可以向磁场区域发射电荷量为＋q、质量为m、速率为v的粒子，粒子射入磁场时的速度可在纸面内各个方向。