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电磁组合场与圆形磁场知识复习
一、电场中的运动
1.运动分析：
第一象限中为匀强电场，粒子在该场中做的是水平方向的匀速直线运动、竖直方向为匀加速直线运
动；
2.第一象限中关键物理量计算
运动特征
速度
加速度
位移
水平方向
匀速直线运动
竖直方向
匀加速直线运动
常用结论
位移偏转角的正切值是速度偏转角正切值的二分之一
3.易错提醒：
计算vᵧ时，务必注意时间t 的求解（由水平位移或竖直位移推导）；
速度偏转角α 是“合速度与初速度的夹角”，而非与电场方向的夹角；
针对此类模型的大题，上述涉及的公式往往是与题目求解强相关的，如果实在来不及，可以书写上述
公式获取步骤分。
二、磁场中的运动
1.运动分析：
第四象限中为匀速圆周运动；
2.第四象限中关键物理量计算
由洛伦兹力提供向心力：
关键物理量：
代入：
关键物理量：
因此速度与半径强相关、当速度变大时，半径、出射点、射程会发生变化；
转动的周期只与粒子的比荷、磁感应强度的大小有关、与速度无关；
三、组合场衔接
粒子从电场进入磁场，唯一的衔接量是进入磁场时的速度（大小v + 方向α）：
速度大小v：由类平抛运动的合速度计算得出，直接代入磁场半径公式
。
速度方向α：即类平抛的速度偏转角，决定了粒子射入磁场时的方向，进而决定磁场中轨迹的圆心位
置和圆心角。
常见类型：
（一）直线边界磁场：
（1）如图甲、乙、丙所示，粒子进出磁场具有对称性，垂直边界进入磁场将会垂直边界射出磁场；
（2）多解性：同一出射点可能涉及两种情况，一个为优弧，偏转角为 ；一个为劣弧，偏
转角为 ；
经典例题
1．如图所示，在平面直角坐标系xoy 的第一、四象限内，有一直线MN（图中未画出）与y 轴平行，在直
线MN 与y 轴正半轴之间存在着磁感应强度大小为B、方向垂直于纸面向外的匀强磁场，在直线MN 与y 轴
负半轴之间存在着磁感应强度大小为2B、方向垂直于纸面向里的匀强磁场，在第二象限内存在着沿x 轴正
方向的匀强电场。一质量为m、电荷量为
的带电粒子从x 轴上P 点
以初速度
垂直x 轴射入电
场，而后经y 轴上的Q 点沿与y 轴正方向成
角进入磁场。粒子重力忽略不计，MN 与y 轴之间的距离
。
(1)求匀强电场的电场强度E 及Q 点到原点O 的距离d 的大小；
(2)要使粒子不从y 轴正半轴飞出磁场，求磁感应强度B 大小的范围；
(3)若磁感应强度大小
，要使粒子能够垂直边界MN 飞出磁场，求MN 与y 轴间的距离L 的可能
值。
2．如图所示，在平面直角坐标系
的第一象限内存在垂直纸面向外的匀强磁场，第二、三象限内存在
沿
轴负方向的匀强电场，第四象限内存在垂直纸面向里的匀强磁场。一质量为
、电荷量为
的带正电
粒子以初速度
自
轴上的
点射入电场，初速度方向与
轴正方向的夹角
，之后粒子经
轴上的
点进入第一象限，再经
轴上的
点进入第四象限，经过
点时粒子的速度方向与初速度
的方向相
反。粒子进入第四象限后，恰好未返回匀强电场。已知
点到
点的距离为
，电场强度大小为
，不计粒子重力，
，
。求：
(1)粒子自
点进入第一象限匀强磁场时速度与
轴正方向的夹角；
(2)第一、四象限内匀强磁场的磁感应强度大小的比值
；
(3)粒子自第1 次经过
轴（
点）到第3 次经过
轴的时间
。
巩固练习
3．如图所示的xOy 坐标系中，y 轴左侧存在平行y 轴且向下的匀强电场，第一象限存在垂直纸面向外的匀
强磁场，一质量为m、电荷量为q 的带正电的粒子从x 轴上的A 点以速度v、与x 轴正方向成
（未知）角
射入第二象限，然后从y 轴上的C 点（未画出）垂直y 轴射入第一象限，最终从x 轴上的D 点（未画出）
垂直x 轴射出磁场，
，不计粒子重力，求：
(1)
及电场强度大小E；
(2)磁感应强度大小B；
(3)粒子从A 点运动到D 点的时间
。
（二）圆形边界磁场：
（1）带电粒子沿着圆形磁场半径 ，则一定沿着圆形磁场半径 ；
（2）当粒子运动半径大于圆形磁场半径（r＞R）时，粒子入射点和出射点连线恰为圆形磁场直径时，
偏转角最大，磁场运动时间 ；
（3）当粒子运动半径小于匀强磁场半径（r＜R）时，带电粒子入射点和出射点为运动直径时，射出
点为最远点，粒子有 ；
经典例题
4．如图所示，在以半径为R 和2R 的同心圆为边界的区域中，有磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里
的匀强磁场。在圆心O 处有一粒子源（图中未画出），在纸面内沿各个方向发射出比荷为
的带负电的粒
子，粒子的速率分布连续，忽略粒子所受重力和粒子间的相互作用力，已知sin37°=0.6，cos37°=0.8。若所
有的粒子都不能射出磁场，则下列说法正确的是（ ）
A．粒子速度的最大值为
B．粒子速度的最大值为
C．某粒子恰好不从大圆边界射出磁场，其在磁场中运动的时间为
（不考虑粒子再次进入磁场的
情况）
D．某粒子恰好不从大圆边界射出磁场，其在磁场中运动的时间为
（不考虑粒子再次进入磁场的
情况）
5．洛伦兹力演示仪的实物图和原理图分别如图（a）、图（b）所示。电子束从电子枪向右水平射出，使
玻璃泡中的稀薄气体发光，从而显示电子的运动轨迹。调节加速极电压可改变电子速度大小，调节励磁线
圈电流可改变磁感应强度，某次实验，观察到电子束打在图（b）中的P 点，下列说法正确的是（ ）
A．两个励磁线圈中的电流均为顺时针方向
B．当加大励磁线圈电流时，电子可能出现完整的圆形轨迹励磁线圈
C．当加大加速极电压时，电子打在玻璃泡上的位置将上移
D．在出现完整轨迹后，减小加速极电压，电子在磁场中圆周运动的周期变小
6．（多选）如图为地球赤道剖面图，地球半径为R。把地面上高度为
区域内的地磁场视为方向垂直于
剖面的匀强磁场（磁场方向垂直纸面向里，图中未画出），一带电粒子以一定速度正对地心射入该磁场区
域，轨迹恰好与地面相切。不计粒子重力，则（ ）
A．粒子带负电荷
B．轨迹半径为
C．轨迹半径为
D．轨迹半径为
7．（多选）我国在磁约束方面取得重大突破，如图为一种磁约束的示意图。空间存在一半径为R 的半圆
形匀强磁场区域，O 为圆心，MN 为直径边界，磁场方向垂直纸面向里。磁场区域左侧有一电子源和加速
电场组成的发射器，可将质量为m、电荷量为
的电子由静止加速到
。改变发射器的位置，使带
电粒子在圆弧
范围内都沿着垂直MN 的方向以相同的速度
沿纸面射入磁场区域。当电子沿PQ 方向
进入磁场时，能恰好从O 点离开磁场，Q 点是OM 的中点。忽略电子的重力和电子间的相互作用。则（
）
A．加速电场两板间的电压为
B．磁感应强度的大小为
C．改变发射器的位置，电子都能汇聚于N 点
D．改变发射器的位置，电子能在磁场中运动的最长时间为
（三）电场与圆形磁场组合
8．(25-26 高三上·内蒙古呼和浩特·)如图，边长为L 的正方形abcd 区域及矩形cdef 区域内均存在电场强度
大小为E、方向竖直向下且与ab 边平行的匀强电场，ef 右边有一直径为L 且与ef 相切的圆形区域，切点为
ef 的中点，该圆形区域与cdef 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cd 边的中点进入cdef 区域，并沿直线水平匀速通过该区
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)粒子在cdef 区域匀速运动的速度v；
(2)粒子的比荷
；
(3)粒子在圆形区域运动的时间t。
四、高频易错点汇总
（一）类平抛部分：
①速度偏转角算错（误将位移偏转角当作速度偏转角，或tanα 计算时分子分母颠倒）；
②忘记分解运动，直接用合运动公式计算，导致错误。
（二）磁场部分：
①圆心找反、速度垂线画反，导致轨迹半径和圆心角计算全错；
②混淆“轨迹半径r”和“磁场半径R”，将R 代入R = mv
qB 计算；
③计算运动时间时，用速度偏转角代替圆心角θ，导致时间计算错误。
（三）组合衔接部分：
①忽略粒子电荷量的正负，导致洛伦兹力方向判断错误，进而圆心位置错误；
② 单位不统一（如v 用m/s，B 用T，q 用c，m 用kg，需确保单位统一后再代入公式）。
（四）几何部分：
①不画图或画图不规范，无法找到几何关系；
②不会利用垂径定理、直角三角形，导致无法联立几何方程。
五、巩固练习
9．（多选）地磁场能有效抵御宇宙射线的侵入。图为地球赤道平面的剖面图，地球半径为
，把地面上
高度为
区域内的地磁场视为磁感应强度为方向垂直于剖面的匀强磁场。宇宙射线中对地球危害最大的带
电粒子主要是β 粒子。设β 粒子的质量为
，电量为
，最大速率为。下列说法正确的是（ ）
A．无论从哪个点垂直磁场入射，β 粒子都做顺时针转动
B．无论从哪个点垂直磁场入射，β 粒子都做逆时针转动
C．从任何方向垂直磁场入射的β 粒子均不能到达地面，则
D．从任何方向垂直磁场入射的β 粒子均不能到达地面，则
10．（多选）如图所示，在半径为L 的圆形区域内有垂直于xOy 平面向外的匀强磁场，在x 轴与磁场边界
的交点P 处有一粒子发射源，能沿xOy 平面与x 轴成任意夹角向磁场区域发射质量为m，带电量为q 的粒
子，且发射速度的大小为
。在发射的众多粒子中b 粒子在磁场中的运动时间恰好为a 粒子在磁场
中运动时间的两倍。已知a 粒子的入射方向与x 轴正方向成30°角，若不考虑粒子间的相互作用力和粒子的
重力，下列说法正确的是（ ）
A．b 粒子的入射方向与x 轴正方向成30°角
B．b 粒子的入射方向与x 轴正方向成60角
C．a、b 两粒子离开磁场后的运动方向相互平行
D．从磁场外沿y 轴正方向从不同位置射入的，一群同速率的上述粒子经磁场作用后一定都过P 点
11．如图所示，半径为R 的圆形区域磁场内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度为B，半径OC 与
ON 成600夹角。质子甲、乙分别以速率v、
从A 点沿直径AN 方向射入磁场，甲、乙分别从C、D 点（D
点未画出）射出磁场。质子的电荷量为q、质量为m，下列说法正确的是（ ）
A．质子甲在磁场中运动的轨迹半径为
B．质子乙在磁场中运动的轨迹半径为
C．质子甲在磁场中运动的时间为
D．A、D 两点之间的距离为
12．如图所示，在直角坐标系xOy 中，
区域有垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度
区域内有沿y 轴正方向的匀强电场，电场强度为E。质量为m、电荷量为+q 的粒子从
出发，初速度方向沿x 轴正方向，经过一段时间后从b（2L，0）处第一次进入磁场。粒子运动过
程中，只考虑其受到电场和磁场的作用力。求：
(1)带电粒子初速度v₀ 的大小；
(2)带电粒子第一次从磁场返回电场的位置；
(3)带电粒子从出发到第二次经过b 点所用时间。
13．如图所示，在
坐标系
区域内存在平行于
轴、电场强度大小为
（未知）的匀强电场，分界
线
将
区域分为区域I 和区域II，区域I 存在垂直纸面向外、磁感应强度大小为
（未知）的匀强磁
场，区域II 存在垂直直面向里、磁感应强度大小为
的匀强磁场及沿
轴负方向、电场强度大小为
的匀强电场。一质量为
、电荷量为
的带正电粒子从
点以初速度
垂直电场方向进
入第二象限，经
点进入区域I，此时速度与
轴正方向的夹角为
，经区域I 后由分界线
上的A 点
（图中未画出）垂直分界线进入区域II，不计粒子重力及电磁场的边界效应。求：
(1)电场强度
的大小；
(2)带电粒子从
点运动到A 点的时间；
(3)粒子在区域II 中运动时，A 点到第1 次最低点的水平位移；
14．如图，半径为R 和2R 的同心圆a、b 将足够大的空间分隔为I、II、III 区域，圆心为O。I 区存在磁感应
强度大小为B、方向垂直纸面向外的匀强磁场；II 区存在沿半径方向向外的辐向电场；III 区存在方向垂直
纸面向外的匀强磁场（图中未标出）。一带电粒子从P 点沿半径方向以速度v0射入I 区，偏转后从K 点离
开I 区，穿过II 区后，以速率
进入III 区。已知∠POK=60°，忽略带电粒子所受重力。
(1)判断粒子的电性并求出其比荷
；
(2)求a、b 之间的电势差Uab；
(3)若粒子第三次从II 区进入III 区之前能经过P 点，求III 区磁场磁感应强度大小。
