2026年高考物理二轮复习：专题17 磁场综合题（3大题型）（题型专练）（全国适用）（解析版）

热点题型·计算题攻略热点题型·计算题攻略专题17磁场综合题目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局目录第一部分题型解码高屋建瓴，掌握全局第二部分考向破译微观解剖，精细教学典例引领方法透视变式演练考向01带电粒子在匀强磁场中运动 考向02带电粒子在组合场中的运动考向03 带电粒子在叠加场中的运动 第三部分综合巩固整合应用，模拟实战题型解码带电粒子在有界匀强磁场中的运动可以很好的结合几何知识考察学生数理结合解决问题的能力，带电粒子在组合场中的运动可以有机的将电场中的匀变速运动与磁场中的匀速圆周运动巧妙结合考察学生综合分析的能力。近年高考中发现带电体在电磁组合场中的复杂曲线运动越来越多，而要解答好此类问题需要考生对正则动量以及“配速法”要熟练掌握。因此带电粒子在磁场中的综合问题考察较多多样考试题型丰富深受命题者青睐。有效突破本专题的方法是学生要熟练掌握电磁偏转的基本规律，深入学习正则动量与配速法等相关知识才能立于不败之地。考向破译考向01带电粒子在匀强磁场中运动【典例引领1】如图所示，在xOy坐标系中，垂直于x轴的虚线与y轴之间存在磁感应强度大小为B的匀强磁场（含边界），磁场方向垂直xOy平面向里。一质子束从坐标原点射入磁场，所有质子射入磁场的初速度大小不同但初速度方向都与x轴正方向成角向下。PQ是与x轴平行的荧光屏（质子打到荧光屏上不再反弹），P、Q两点的坐标分别为，。已知质子比荷，。求：（结果均可用分数、根号表示）(1)质子在磁场中运动的最长时间是多少？(2)如果让荧光屏PQ下表面有粒子打到的长度尽可能长且质子的运动轨迹未出磁场，质子初速度大小的取值范围是多少？(3)荧光屏PQ下表面有粒子打到的长度为多长？【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）质子在磁场中做匀速圆周运动，质子能打到y轴上时其轨迹圆心角最大，在磁场中运动的时间最长，如图1所示由洛伦兹力提供向心力得质子圆周运动的周期为由几何关系可知图1中的粒子在磁场中运动的最长时间为解得（2）当质子轨迹与PQ相切时，如图1所示，设此时初速度为。由几何关系得由洛伦兹力提供向心力得解得当粒子运动轨迹与磁场右边界相切时，设此时初速度大小为，轨迹半径为，如图2所示由几何关系可得同理得解得综上可得质子初速度大小的取值范围为（3）如图3所示轨迹与PQ相切，根据几何关系可知解得如图4所示轨迹与右边界相切时有则荧光屏PQ下表面有粒子打到的长度为解得【方法透视】1．分析带电粒子在匀强磁场中运动的方法基本思路(1)画轨迹：确定圆心，用几何方法求半径并画出轨迹(2)找联系：轨迹半径与磁感应强度、运动速度相联系，偏转角度与圆心角、运动时间相联系，运动时间与周期相联系(3)用规律：利用牛顿第二定律和圆周运动的规律，特别是周期公式和半径公式基本公式qvB＝meq\f(v2,r)，T＝eq\f(2πr,v)重要结论r＝eq\f(mv,qB)，T＝eq\f(2πm,qB)圆心的确定(1)轨迹上的入射点和出射点的速度方向的垂线的交点为圆心，如图(a)(2)轨迹上入射点速度方向的垂线和入射点、出射点两点连线中垂线的交点为圆心，如图(b)(3)沿半径方向距入射点距离等于r的点，如图(c)(当r已知或可算)半径的确定方法一：由物理公式求，由于Bqv＝eq\f(mv2,r)所以半径r＝eq\f(mv,qB)方法二：由几何关系求，一般由数学知识(勾股定理、三角函数等)通过计算来确定时间的求解方法一：由圆心角求，t＝eq\f(θ,2π)·T方法二：由弧长求，t＝eq\f(s,v)2.带电粒子在有界匀强磁场中运动的三个重要结论(1)粒子从同一直线边界射入磁场和射出磁场时，入射角等于出射角(如图甲，θ1＝θ2＝θ3)。(2)沿半径方向射入圆形磁场的粒子，出射时亦沿半径方向(如图乙，两侧关于两圆心连线OO′对称)。(3)粒子速度方向的偏转角等于其轨迹对应的圆心角(如图甲，α1＝α2)。3．带电粒子在磁场中运动的多解成因(1)磁场方向不确定形成多解；(2)带电粒子电性不确定形成多解；(3)速度不确定形成多解；(4)运动的周期性形成多解。【变式演练】如图所示，在0≤y≤1.5a的区域内存在垂直坐标平面向里的匀强磁场，t=0时刻，一位于坐标原点的粒子源在xOy平面内发射出大量同种带电粒子，所有粒子的初速度大小相同，方向与x轴正方向的夹角分布在0~180°范围内，沿y轴正方向发射的粒子在t=t0时刻刚好从P（2a，0）点离开磁场。已知带电粒子的质量为m、电荷量为q，不考虑粒子的重力和粒子间的相互作用。(1)求带电粒子初速度的大小；(2)求磁场上边界有带电粒子离开的区域长度；(3)改变匀强磁场的磁感应强度大小，使得25%的粒子从x轴离开磁场区域，求改变后的匀强磁场的磁感应强度大小。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）设带电粒子的初速度大小为v，沿y轴正方向发射的粒子在t=t0时刻刚好从P（2a，0）点离开磁场，由几何关系可知，粒子运动的半径为所以（2）磁场上边界有带电粒子离开的区域，如图所示由几何关系可得解得（3）由几何关系可得由牛顿第二定律得解得考向02带电粒子在组合场中的运动【典例引领2】利用电场和磁场实现粒子偏转是科学仪器中广泛应用的技术。在图示的xOy平面（纸面）内，的区域Ⅰ内存在垂直纸面向外的匀强磁场，x轴上方的区域Ⅱ内存在沿y轴负方向的匀强电场。一质量为m、电荷量为q的带正电粒子（不计重力），从原点O处以大小为的速度垂直磁场射入第二象限，方向与x轴负方向夹角，一段时间后垂直虚线边界进入电场。已知，，区域Ⅱ中电场的场强。求：(1)区域Ⅰ内磁场的磁感应强度大小B；(2)粒子从原点O出发到离开电场的总时间t；(3)粒子离开电场时的速度大小v。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）粒子在洛伦兹力作用下做圆周运动，在磁场中做圆周运动的半径设为，由几何关系可得解得结合牛顿第二定律可得联立上式解得（2）粒子运动圆轨迹所对的圆心角为，在磁场中运动时间设为，则其中解得粒子在电场中做类平拋运动，设该粒子的加速度大小为，在电场中运动时间为，沿y轴负方向运动的距离为，则有解得故竖直方向的位移由于粒子从电场边界离开，则总时间（3）由动能定理得解得【方法透视】1．带电粒子的“电偏转”和“磁偏转”的比较垂直进入磁场(磁偏转)垂直进入电场(电偏转)进入电场时速度方向与电场有一定夹角情景图受力FB＝qv0B，FB大小不变，方向变化，方向总指向圆心，FB为变力FE＝qE，FE大小、方向均不变，FE为恒力FE＝qE，FE大小、方向均不变，FE为恒力运动规律匀速圆周运动r＝eq\f(mv0,Bq)，T＝eq\f(2πm,Bq)类平抛运动vx＝v0，vy＝eq\f(Eq,m)tx＝v0t，y＝eq\f(Eq,2m)t2类斜抛运动vx＝v0sinθ，vy＝v0cosθ－eq\f(qE,m)tx＝v0sinθ·t，y＝v0cosθ·t－eq\f(1,2)eq\f(qE,m)t22．常见运动及处理方法【变式演练】【变式2-1】医院中X光检测设备的核心器件为X射线管。如图所示，在X射线管中，电子（质量为m、电荷量为-e，初速度可以忽略）经电压为U的电场加速后，从P点垂直磁场边界水平射入匀强磁场中。磁场宽为2L，磁感应强度大小可以调节。电子经过磁场偏转后撞击目标靶，撞在不同位置就会辐射出不同能量的X射线。已知水平放置的目标靶长为2L，长为L，不计电子重力、电子间相互作用力及电子高速运行中辐射的能量。(1)求电子进入磁场的速度大小；(2)调节磁感应强度大小使电子垂直撞击在目标靶上，求电子在磁场中运动的时间；(3)为使辐射出的X射线能量范围最大，求磁感应强度的大小范围。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）在加速电场中，根据动能定理有解得（2）设电子垂直打在中间时，做匀速圆周运动的半径为，由几何关系得对应的圆心角为，所以联立以上各式解得（3）电子在磁场中运动有解得设打在点时的运动半径为，依几何关系可知联立以上各式解得磁感应强度最大值为同理，打在N点的半径为，依几何关系可知联立以上各式解得磁感应强度最小值为综上所述，磁感应强度的取值范围为（把“≤”写成“<”也给分）【变式2-2】如图1所示的xOy平面内，x轴上方存在平行于y轴向下的匀强电场，x轴下方存在垂直xOy平面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，粒子质量为m、电荷量为，粒子在该组合场中运动的速度可用图2中一个点表示，、分别为粒子速度在两个坐标轴上的分量。粒子从图1中y轴上某一点出发，出发时其速度坐标P位于图2中点，P点沿线段ab移动到点；随后P点沿以O为圆心的圆弧移动至点，P点沿线段ca回到a点。已知粒子在磁场中所受洛伦兹力大小为在电场中所受静电力大小的倍，粒子不计重力。求：(1)粒子在磁场中做圆周运动的半径；(2)匀强电场的场强大小；(3)P点沿图2中闭合曲线移动1周回到a点时，粒子的位置坐标。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）粒子在磁场中做圆周运动时的速度为根据洛伦兹力提供向心力解得做圆周运动的半径为（2）粒子在磁场中所受洛伦兹力大小为在电场中所受静电力大小的倍，则有其中解得（3）粒子运动轨迹如图所示速度从a到b，粒子在电场中做类平抛运动，在y方向有在x方向有代入数据解得P点移动到b点时有，即粒子进入磁场时速度方向与x轴夹角为由于故粒子在磁场中做圆周运动的圆心在y轴上，根据对称性，粒子出磁场时的N点与粒子进磁场的M点关于O点对称，故P点沿题图2中闭合曲线移动1周回到a点时，粒子又回到出发位置，即有，代入有关数据解出可知，P点沿图中闭合曲线移动1周回到a点时，粒子的位置坐标为。【变式2-3】如图所示，在xOy平面内，y轴左侧空间分布着水平向右的匀强电场，y轴右侧空间分布着垂直纸面向外的匀强磁场。某时刻有一带正电的粒子以初速度沿平行于y轴正方向从A点射出，粒子从C点进入磁场，且速度方向与y轴夹角，并在磁场中运动一段时间后恰好又回到A点。已知A点坐标为粒子的质量为m，电荷量为q，不计粒子所受的重力。求：(1)C点坐标为以及y轴左侧匀强电场的电场强度大小E；(2)y轴右侧匀强磁场的磁感应强度大小B；(3)带电粒子从A点开始运动到再次回到A点的时间t。【答案】(1)，(2)(3)【详解】（1）粒子在电场中做类平抛运动，设粒子从A点到C点所用时间为，根据运动规律有沿x轴方向，粒子做初速度为0的匀加速直线运动，有C点坐标为；设粒子到达C点时沿x轴速度的大小为，有联立得（2）设粒子到达C点时的速度大小为v，则设粒子在磁场中做匀速圆周运动的半径为r，根据几何关系有粒子在磁场中受到的洛伦兹力提供向心力，根据牛顿第二定律有解得（3）粒子在磁场中运动的时间粒子从A点开始运动到再次回到A点的时间解得考向03带电粒子在叠加场中的运动【典例引领3】如图所示，在平面直角坐标系xOy中，有沿x轴正向的匀强电场和垂直坐标平面向外的匀强磁场，电场强度大小为，磁感应强度大小为B。从O点发射一比荷为的带正电微粒，该微粒恰能在xOy坐标平面内做直线运动。已知y轴正方向竖直向上，重力加速度为g。（1）求微粒发射时的速度大小和方向；（2）若仅撤去磁场，微粒以（1）中的速度从O点射出后，求微粒通过y轴时到O点的距离；（3）若仅撤去电场，微粒改为从O点由静止释放，求微粒运动的轨迹离x轴的最大距离。【答案】（1），轴负方向夹角为；（2）；（3）【详解】（1）由题意知，粒子做匀速直线运动，受力分析如图则解得粒子出射的速度方向与轴负方向夹角为解得即微粒发射的速度大小为与轴负方向夹角为；（2）撤去磁场后，粒子做类平抛运动，如图将速度分解可得轴方向的加速度大小经过轴时的时间。距点的距离（3）解法1：微粒运动的轨迹离轴的距离最大时，速度与轴平行，设最大距离为，在方向上，由动量定理得即由动能定理得解得解法2：将静止释放的微粒看成同时有大小相等、方向水平向左和向右的初速度，向左的速度产生的洛伦兹力与重力大小相等（如图）则解得向左的分速度使微粒水平向左匀速直线运动，向右的分速度使微粒在洛伦兹力下做匀速圆周运动，即解得微粒运动的轨迹离轴的最大距离【方法透视】1．三种典型情况(1)若只有两个场，所受合力为零，则表现为匀速直线运动或静止状态。例如电场与磁场叠加满足qE＝qvB时，重力场与磁场叠加满足mg＝qvB时，重力场与电场叠加满足mg＝qE时。(2)若三场共存，所受合力为零时，粒子做匀速直线运动，其中洛伦兹力F＝qvB的方向与速度v垂直。(3)若三场共存，粒子做匀速圆周运动时，则有mg＝qE，粒子在洛伦兹力作用下做匀速圆周运动，即qvB＝meq\f(v2,r)。2.洛伦兹力的冲量【变式演练】【变式3-1】下图所示的光滑绝缘的水平面上放置一个质量为m、带电荷量为＋q的小球（可视为点电荷）。在竖直平面内存在匀强磁场和匀强电场，y轴左侧电场方向水平向右，无磁场，y轴右侧电场方向竖直向上，磁感应强度大小为B，磁场方向垂直纸面向里。两侧电场强度大小相等，均为、现将小球从左侧距O点为2L的A点由静止释放，若小球第一次落回地面时落到A点附近。（1）小球第一次经过y轴时的速度大小；（2）小球第二次经过y轴时到O点的距离；（3）小球第二次经过y轴后，到落地前，经过P点（图中未标出）的速度最小，求：小球从开始运动到P点所用的时间t。【答案】（1）；（2）；（3）【详解】（1）根据动能定理解得（2）在磁场中，由于合力为洛伦兹力，做圆周运动，根据牛顿第二定律解得小球第二次经过y轴时到O点的距离为圆周运动的直径（3）运动轨迹如图所示由A到O物体做匀加速，根据牛顿第二定律解得根据运动学规律解得在磁场中做匀速圆周运动，周期为所用时间为回到y轴左侧后，物体做类斜抛运动，速度与合力方向垂直时，即速度方向斜向左下时，速度最小，从回到y轴左侧起至速度最小所需时间t3解得总时间【变式3-2】如图所示的坐标平面，在第二、三象限存在半径为的圆形匀强磁场区域，圆心位于位置，磁感应强度大小为B，方向垂直坐标平面向里；在第一象限存在正交的匀强电场和匀强磁场，电场方向沿轴负方向，匀强磁场的大小和方向与第二、三象限的磁场均相同。圆形磁场边界上有一个点，点与轴的距离为。一个质量为电荷量为的粒子从点垂直磁场方向射入圆形匀强磁场区域，恰好从坐标原点沿轴正方向进入正交的电磁场区域。已知电场强度大小为，不计粒子所受重力，求：(1)带电粒子从点垂直进入圆形匀强磁场时的速度大小；(2)带电粒子在第一象限距轴的最大距离；(3)带电粒子在第一象限的轨迹与轴相切点的坐标。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）带电粒子垂直磁场方向进入圆形匀强磁场做匀速圆周运动，轨迹如图1所示。设与轴负方向的夹角为，由几何关系，得解得由几何关系可知为等边三角形，则轨迹半径根据洛伦兹力提供向心力，得解得（2）将速度分解，设某一分速度使粒子受到的洛伦兹力与电场力平衡，即又联立解得由左手定则知速度方向沿轴正方向，与方向相同。令解得方向也与方向相同，所以带电粒子的运动可以分解为速度为的匀速直线运动与速度为的逆时针方向的匀速圆周运动的合运动，轨迹如图2所示粒子做匀速圆周运动，由牛顿第二定律，得带电粒子将做旋轮线运动，图中实线表示它的轨迹，点为粒子距轴的最远点。在这一点粒子的速度，它到轴的距离联立解得（3）粒子在第一象限的运动周期点为粒子运动轨迹与轴的相切点。点坐标联立解得根据运动的周期性，粒子与轴相切点的坐标【变式3-3】如图所示，直角坐标系xOy位于竖直平面内，在第二、三、四象限内存在平行于y轴向上的匀强电场，在第三、四象限内存在磁应强度为B、方向垂直xOy平面向外的匀强磁场。质量为m、电荷量为q的带正电小球，从y轴上的A点水平向右抛出，记为小球第一次通过y轴，经x轴上的M点进入电场和磁场，恰能做匀速圆周运动，已知，磁感应强度，不计空气阻力，重力加速度为g。求：（1）电场强度E的大小和粒子经过M点的速度大小；（2）粒子第三次经过y轴时的纵坐标。【答案】（1）；（2）【详解】（1）因小球在第四象限做匀速圆周运动，故重力和电场力平衡，故：解得小球在第Ⅰ象限平抛，由运动学规律，有联立解得竖直方向速度经过M点的速度大小为（2）小球在第四和第三象限做匀速圆周运动，为圆心，MN为弦长，；小球在第二象限做匀速直线运动，第三次经过y轴的点记为Q，如图所示设半径为r，小球在磁场中做匀速圆周运动，有由几何关系知由小球在第二象限做匀速直线运动，有联立求得综合巩固1．（2025·天津·高考真题）如图所示，纸面内水平虚线下方存在竖直向上的匀强电场，虚线上方存在垂直于纸面的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q的粒子从电场中的O点以水平向右的速度开始运动，在静电力的作用下从P点进入磁场，射入磁场时的速度大小为v、方向与竖直方向夹角为，粒子返回电场前的运动轨迹过P点正上方的Q点，P、Q间距离及O、P间的水平距离均为L。不计粒子重力。(1)判断粒子的电性；(2)求电场强度大小E；(3)求磁感应强度大小B。【答案】(1)正电(2)(3)【详解】（1）根据题意可知，粒子向上偏转，所受电场力向上，与电场方向相同，则粒子带正电。（2）设粒子在电场中运动的时间为t，水平方向上由运动学公式，有设粒子在电场中运动的加速度为a，由牛顿第二定律，有竖直方向上由运动学公式，有联立上述各式，得（3）设粒子在磁场中做圆周运动的轨迹半径为r，由几何关系，得

洛伦兹力提供向心力，有联立得2．（2025·重庆·高考真题）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。【答案】(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3．（2025·湖南·高考真题）如图。直流电源的电动势为，内阻为，滑动变阻器R的最大阻值为，平行板电容器两极板水平放置，板间距离为d，板长为，平行板电容器的右侧存在方向垂直纸面向里的匀强磁场。闭合开关S，当滑片处于滑动变阻器中点时，质量为m的带正电粒子以初速度水平向右从电容器左侧中点a进入电容器，恰好从电容器下极板右侧边缘b点进入磁场，随后又从电容器上极板右侧边缘c点进入电容器，忽略粒子重力和空气阻力。(1)求粒子所带电荷量q；(2)求磁感应强度B的大小；(3)若粒子离开b点时，在平行板电容器的右侧再加一个方向水平向右的匀强电场，场强大小为，求粒子相对于电容器右侧的最远水平距离。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）粒子在电容器中做类平抛运动，水平方向做匀速直线运动有竖直方向做匀变速直线运动，由闭合回路欧姆定律可得联立可得（2）根据题意，设粒子进入磁场与竖直方向的夹角为，则有，粒子在磁场中做匀速圆周运动有由几何关系易得联立可得（3）取一个竖直向上的速度使得其对应的洛伦兹力和水平向右的电场力平衡，则有解得粒子以速度向上做匀速直线运动，粒子做圆周运动的合速度的竖直方向分速度为此时合速度与竖直方向的夹角为合速度为粒子做圆周运动的半径最远距离为4．（2025·河南·高考真题）如图，水平虚线上方区域有垂直于纸面向外的匀强磁场，下方区域有竖直向上的匀强电场。质量为m、带电量为q（）的粒子从磁场中的a点以速度向右水平发射，当粒子进入电场时其速度沿右下方向并与水平虚线的夹角为，然后粒子又射出电场重新进入磁场并通过右侧b点，通过b点时其速度方向水平向右。a、b距水平虚线的距离均为h，两点之间的距离为。不计重力。(1)求磁感应强度的大小；(2)求电场强度的大小；(3)若粒子从a点以竖直向下发射，长时间来看，粒子将向左或向右漂移，求漂移速度大小。（一个周期内粒子的位移与周期的比值为漂移速度）【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）根据题意可知，画出粒子的运动轨迹，如图所示由题意可知设粒子在磁场中做圆周运动的半径为，由几何关系有解得由牛顿第二定律有解得（2）根据题意，由对称性可知，粒子射出电场时，速度大小仍为，方向与水平虚线的夹角为，由几何关系可得则粒子在电场中的运动时间为沿电场方向上，由牛顿第二定律有由运动学公式有联立解得（3）若粒子从a点以竖直向下发射，画出粒子的运动轨迹，如图所示由于粒子在磁场中运动的速度大小仍为，粒子在磁场中运动的半径仍为，由几何关系可得，粒子进入电场时速度与虚线的夹角结合小问2分析可知，粒子在电场中的运动时间为间的距离为由几何关系可得则粒子在磁场中的运动时间为则有综上所述可知，粒子每隔时间向右移动，则漂移速度大小5．（2025·云南·高考真题）磁屏蔽技术可以降低外界磁场对屏蔽区域的干扰。如图所示，区域存在垂直平面向里的匀强磁场，其磁感应强度大小为（未知）。第一象限内存在边长为的正方形磁屏蔽区ONPQ，经磁屏蔽后，该区域内的匀强磁场方向仍垂直平面向里，其磁感应强度大小为（未知），但满足。某质量为m、电荷量为的带电粒子通过速度选择器后，在平面内垂直y轴射入区域，经磁场偏转后刚好从ON中点垂直ON射入磁屏蔽区域。速度选择器两极板间电压U、间距d、内部磁感应强度大小已知，不考虑该粒子的重力。(1)求该粒子通过速度选择器的速率；(2)求以及y轴上可能检测到该粒子的范围；(3)定义磁屏蔽效率，若在Q处检测到该粒子，则是多少？【答案】(1)(2)，(3)【详解】（1）由于该粒子在速度选择器中受力平衡，故其中则该粒子通过速度选择器的速率为（2）粒子在区域内做匀速圆周运动，从ON的中点垂直ON射入磁屏蔽区域，由几何关系可知由洛伦兹力提供给向心力联立可得由于，根据洛伦兹力提供给向心力解得当时粒子磁屏蔽区向上做匀速直线运动，离开磁屏蔽区后根据左手定则，粒子向左偏转，如图所示根据洛伦兹力提供向心力可得故粒子打在y轴3L处，综上所述y轴上可能检测到该粒子的范围为。（3）若在Q处检测到该粒子，如图由几何关系可知解得由洛伦兹力提供向心力联立解得其中根据磁屏蔽效率可得若在Q处检测到该粒子，则6．（2025·贵州·高考真题）如图所示，轴水平向右，轴竖直向上，轴垂直纸面向里（图中未画出），在平面里有竖直向上的匀强电场，在的平面下方存在垂直纸面向里的匀强磁场，的平面上方有垂直纸面向里的匀强磁场（未知）。有一带正电的粒子，质量为，从坐标原点出发，沿轴正方向以速度射出后做圆周运动，其中，，点坐标。已知重力加速度为，粒子电荷量为。求：(1)电场强度的大小及该粒子第一次经过平面时的位置对应的坐标值；(2)当该带电粒子沿轴正方向飞出到达点时间最小时，求的大小；(3)若将电场改成沿y轴正方向，粒子同样从坐标原点沿x轴以速度射出，求粒子的轨迹方程。【答案】(1)，(2)(3)【详解】（1）由题意可知，粒子受到重力、洛伦兹力和电场力做匀速圆周运动，可以判断粒子受到的电场力与重力平衡，则解得粒子做匀速圆周运动，圆周运动轨迹如图所示洛伦兹力提供向心力得解得粒子运动的轨道半径根据圆周运动轨迹，由几何关系得代入数据解得。（2）粒子做匀速圆周运动，可能的运动轨迹如图所示设粒子进入磁场中速度方向与磁场分界面成角，由几何关系可得可解得设粒子在磁场中运动的轨道半径为，根据圆周运动轨迹可知粒子运动到点应满足当取最小值时，运动时间最短。所以当时，运动时间最短，代入的值解得根据联立可得当该带电粒子沿轴正方向飞出到达点时间最小时，的大小为。（3）若将电场方向改为轴方向正方向，由受力分析，粒子受到沿轴正方向的洛伦兹力、沿轴负方向的重力、沿轴正方向的电场力，根据解得粒子受到的洛伦兹力大小为正好与重力相平衡，所以粒子在轴正方向做匀加速直线运动，有由牛顿第二定律有粒子在轴正方向做匀速直线运动，有联立解得轨迹方程7．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）电子比荷是描述电子性质的重要物理量。在标准理想二极管中利用磁控法可测得比荷，一般其电极结构为圆筒面与中心轴线构成的圆柱体系统，结构简化如图（a）所示，圆筒足够长。在O点有一电子源，向空间中各个方向发射速度大小为的电子，某时刻起筒内加大小可调节且方向沿中心轴向下的匀强磁场，筒的横截面及轴截面示意图如图（b）所示，当磁感应强度大小调至时，恰好没有电子落到筒壁上，不计电子间相互作用及其重力的影响。求：（R、、均为已知量）(1)电子的比荷;(2)当磁感应强度大小调至时，筒壁上落有电子的区域面积S。【答案】(1)(2)【详解】（1）当磁场的磁感应强度为时，电子刚好不会落到筒壁上。则电子以速度垂直轴线方向射出，电子在磁场中做匀速圆周运动，轨迹恰好与圆筒壁相切，轨迹半径为根据洛伦兹力提供向心力可得联立解得（2）磁感应强度调整为后，将电子速度沿垂直轴线和平行轴线方向进行分解，分别设，电子将在垂直轴线方向上做匀速圆周运动，平行轴线方向上做匀速直线运动，电子击中筒壁距离粒子源的最远点时，其垂直轴线方向的圆周运动轨迹与筒壁相切，则轨迹半径仍为根据洛伦兹力提供向心力可得联立解得由射出到相切，经过半个周期，用时根据速度的合成与分解可知平行轴线方向运动距离结合对称性，被电子击中的面积8．（2025·黑吉辽蒙卷·高考真题）如图（a），固定在光滑绝缘水平面上的单匝正方形导体框，置于始终竖直向下的匀强磁场中，边与磁场边界平行，边中点位于磁场边界。导体框的质量，电阻、边长。磁感应强度B随时间t连续变化，内图像如图（b）所示。导体框中的感应电流I与时间t关系图像如图（c）所示，其中内的图像未画出，规定顺时针方向为电流正方向。(1)求时边受到的安培力大小F；(2)画出图(b)中内图像（无需写出计算过程）；(3)从开始，磁场不再随时间变化。之后导体框解除固定，给导体框一个向右的初速度，求ad边离开磁场时的速度大小。【答案】(1)0.015N(2)(3)0.01m/s【详解】（1）由法拉第电磁感应定律由闭合电路欧姆定律可知，内线框中的感应电流大小为由图（b）可知，时磁感应强度大小为所以此时导线框的安培力大小为（2）内线框内的感应电流大小为，根据楞次定律及安培定则可知感应电流方向为顺时针，由图（c）可知内的感应电流大小为方向为逆时针，根据欧姆定律可知内的感应电动势大小为由法拉第电磁感应定律可知内磁感应强度的变化率为解得时磁感应强度大小为方向垂直于纸面向里，故的磁场随时间变化图为（3）由动量定理可知其中联立解得经过磁场边界的速度大小为9．（2024·天津·高考真题）如图所示，在平面直角坐标系的第一象限内，存在半径为R的半圆形匀强磁场区域，半圆与x轴相切于M点，与y轴相切于N点，直线边界与x轴平行，磁场方向垂直于纸面向里。在第一象限存在沿方向的匀强电场，电场强度大小为E．一带负电粒子质量为m，电荷量为q，从M点以速度v沿方向进入第一象限，正好能沿直线匀速穿过半圆区域。不计粒子重力。(1)求磁感应强度B的大小；(2)若仅有电场，求粒子从M点到达y轴的时间t；(3)若仅有磁场，改变粒子入射速度的大小，粒子能够到达x轴上P点，M、P的距离为，求粒子在磁场中运动的时间。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）根据题意可知，由于一带负电粒子能沿直线匀速穿过半圆区域，由平衡条件有解得（2）若仅有电场，带负电粒子受沿轴负方向的电场力，由牛顿第二定律有又有联立解得（3）根据题意，设粒子入射速度为，则有可得画出粒子的运动轨迹，如图所示由几何关系可得解得则轨迹所对圆心角为，则粒子在磁场中运动的时间10．（2024·贵州·高考真题）如图，边长为L的正方形区域及矩形区域内均存在电场强度大小为E、方向竖直向下且与边平行的匀强电场，右边有一半径为且与相切的圆形区域，切点为的中点，该圆形区域与区域内均存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场。一带电粒子从b点斜向上射入电场后沿图中曲线运动，经边的中点进入区域，并沿直线通过该区域后进入圆形区域。所有区域均在纸面内，粒子始终在该纸面内运动，不计粒子重力。求：(1)粒子沿直线通过区域时的速度大小；(2)粒子的电荷量与质量之比；(3)粒子射出圆形区域时速度方向与进入圆形区域时速度方向的夹角。【答案】(1)(2)(3)【详解】（1）带电粒子在区域做直线运动，则有电场力与洛伦兹力平衡，可知粒子带正电，经边的中点速度水平向右，设粒子到达边的中点速度大小为，带电荷量为，质量为，由平衡条件则有解得（2）粒子从b点到边的中点的运动，可逆向看作从边的中点到b点的类平抛运动，设运动时间为，加速度大小为，由牛顿第二定律可得由类平抛运动规律可得联立解得粒子的电荷量与质量之比（3）粒子从中点射出到圆形区域做匀圆周运动，设粒子的运动半径为，由洛伦兹力提供向心力可得解得粒子在磁场中运动轨迹图如图所示，由图可知，粒子沿半径方向射入，又沿半径方向射出，设粒子射出圆形区域时速度方向与进入圆形区域时速度方向的夹角为，由几何关系可知可得则有11．（2024·海南·高考真题）如图，在xOy坐标系中有三个区域，圆形区域Ⅰ分别与x轴和y轴相切于P点和S点。半圆形区域Ⅱ的半径是区域Ⅰ半径的2倍。区域Ⅰ、Ⅱ的圆心连线与x轴平行，半圆与圆相切于Q点，QF垂直于x轴，半圆的直径MN所在的直线右侧为区域Ⅲ。区域Ⅰ、Ⅱ分别有磁感应强度大小为B、的匀强磁场，磁场方向均垂直纸面向外。区域Ⅰ下方有一粒子源和加速电场组成的发射器，可将质量为m、电荷量为q的粒子由电场加速到。改变发射器的位置，使带电粒子在OF范围内都沿着y轴正方向以相同的速度沿纸面射入区域Ⅰ。已知某粒子从P点射入区域Ⅰ，并从Q点射入区域Ⅱ（不计粒子的重力和粒子之间的影响）（1）求加速电场两板间的电压U和区域Ⅰ的半径R；（2）在能射入区域Ⅲ的粒子中，某粒子在区域Ⅱ中运动的时间最短，求该粒子在区域Ⅰ和区域Ⅱ中运动的总时间t；（3）在区域Ⅲ加入匀强磁场和匀强电场，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里，电场强度的大小，方向沿x轴正方向。此后，粒子源中某粒子经区域Ⅰ、Ⅱ射入区域Ⅲ，进入区域Ⅲ时速度方向与y轴负方向的夹角成74°角。当粒子动能最大时，求粒子的速度大小及所在的位置到y轴的距离。【答案】（1），；（2）；（3），【详解】（1）根据动能定理得解得粒子进入区域I做匀速圆周运动，根据题意某粒子从P点射入区域Ⅰ，并从Q点射入区域Ⅱ，故可知此时粒子的运动轨迹半径与区域Ⅰ的半径R相等，粒子在磁场中运动洛伦兹力提供向心力解得（2）带电粒子在OF范围内都沿着y轴正方向以相同的速度沿纸面射入区域Ⅰ，由(1)可得，粒子的在磁场中做匀速圆周运动，轨迹半径均为R，因为在区域Ⅰ中的磁场半径和轨迹半径相等，粒子射入点、区域Ⅰ圆心O1、轨迹圆心O'、粒子出射点四点构成一个菱形，有几何关系可得，区域Ⅰ圆心O1和粒子出射点连线平行于粒子射入点与轨迹圆心O'连线，则区域Ⅰ圆心O1和粒子出射点水平，根据磁聚焦原理可知粒子都从Q点射出，粒子射入区域II，仍做匀速圆周运动，洛伦兹力提供向心力解得如图，要使粒子在区域Ⅱ中运动的时间最短，轨迹所对应的圆心角最小，可知在区域Ⅱ中运动的圆弧所对的弦长最短，即此时最短弦长为区域Ⅱ的磁场圆半径，根据几何知识可得此时在区域Ⅱ和区域Ⅰ中运动的轨迹所对应的圆心角都为，粒子在两区域磁场中运动周期分别为故可得该粒子在区域Ⅰ和区域Ⅱ中运动的总时间为（3）如图，将速度分解为沿y轴正方向的速度及速度，因为可得，故可知沿y轴正方向的速度产生的洛伦兹力与电场力平衡，粒子同时受到另一方向的洛伦兹力，故粒子沿y正方向做旋进运动，根据角度可知故当方向为竖直向上时此时粒子速度最大，即最大速度为圆周运动半径根据几何关系可知此时所在的位置到y轴的距离为12．（2024·甘肃·高考真题）质谱仪是科学研究中的重要仪器，其原理如图所示。Ⅰ为粒子加速器，加速电压为U；Ⅱ为速度选择器，匀强电场的电场强度大小为，方向沿纸面向下，匀强磁场的磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里；Ⅲ为偏转分离器，匀强磁场的磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里。从S点释放初速度为零的带电粒子（不计重力），加速后进入速度选择器做直线运动、再由O点进入分离器做圆周运动，最后打到照相底片的P点处，运动轨迹如图中虚线所示。（1）粒子带正电还是负电？求粒子的比荷。（2）求O点到P点的距离。（3）若速度选择器Ⅱ中匀强电场的电场强度大小变为（略大于），方向不变，粒子恰好垂直打在速度选择器右挡板的点上。求粒子打在点的速度大小。【答案】（1）带正电，；（2）；（3）【详解】（1）由于粒子向上偏转，根据左手定则可知粒子带正电；设粒子的质量为m，电荷量为q，粒子进入速度选择器时的速度为，在速度选择器中粒子做匀速直线运动，由平衡条件在加速电场中，由动能定理联立解得，粒子的比荷为（2）由洛伦兹力提供向心力可得O点到P点的距离为（3）粒子进入Ⅱ瞬间，粒子受到向上的洛伦兹力向下的电场力由于，且所以通过配速法，如图所示在O点将粒子的速度v分解为大小为v1、v2的两个分速度，则有令v1对应的洛伦兹力等于电场力，即可得则粒子的运动可分解为线速度大小为v2的匀速圆周运动和速度大小为v1的匀速直线运动，设粒子恰好垂直打在速度选择器右挡板的点时的速度大小为，则有13．（2024·山东·高考真题）如图所示，在Oxy坐标系x>0，y>0区域内充满垂直纸面向里，磁感应强度大小为B的匀强磁场。磁场中放置一长度为L的挡板，其两端分别位于x、y轴上M、N两点，∠OMN=60°，挡板上有一小孔K位于MN中点。△OMN之外的第一象限区域存在恒定匀强电场。位于y轴左侧的粒子发生器在0＜y＜的范围内可以产生质量为m，电荷量为+q的无初速度的粒子。粒子发生器与y轴之间存在水平向右的匀强加速电场，加速电压大小可调，粒子经此电场加速后进入磁场，挡板厚度不计，粒子可沿任意角度穿过小孔，碰撞挡板的粒子不予考虑，不计粒子重力及粒子间相互作用力。（1）求使粒子垂直挡板射入小孔K的加速电压U0；（2）调整加速电压，当粒子以最小的速度从小孔K射出后恰好做匀速直线运动，求第一象限中电场强度的大小和方向；（3）当加速电压为时，求粒子从小孔K射出后，运动过程中距离y轴最近位置的坐标。【答案】（1）；（2），方向沿x轴正方向；（3）(n=0,1,2⋅⋅⋅)【详解】（1）根据题意，作出粒子垂直挡板射入小孔K的运动轨迹如图所示根据几何关系可知粒子在磁场中做圆周运动的轨迹半径为在区域根据洛伦兹力提供向心力有在匀强加速电场中由动能定理有联立解得（2）根据题意，当轨迹半径最小时，粒子速度最小，则作出粒子以最小的速度从小孔K射出的运动轨迹如图所示根据几何关系可知粒子在磁场中做圆周运动的轨迹半径为在区域根据洛伦兹力提供