2026年高考物理一轮讲义+练习(黑吉辽蒙专用)第46讲动态圆、磁聚焦和磁发散问题(专项训练)(学生版+解析)

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TOC \ "1-2" \h \u \l "_Tc17943" 01 课标达标练
题型01 三类动态圆
题型02 磁聚焦 磁发散
\l "_Tc20184" 02 核心突破练
\l "_Tc5699" 03 真题溯源练
01 三类动态圆
1．（2025高三上·辽宁鞍山·阶段练习）如图所示，在直角三角形ABC内存在垂直纸面向外的匀强磁场（图中未画出），AB边长为d，∠C＝30°。现垂直AB边射入一群质量均为m、带电荷量均为q、速度大小均为v的带正电粒子，已知垂直AC边射出的粒子在磁场中运动的时间为t0，运动时间最长的粒子在磁场中的运动时间为，则下列判断不正确的是（ ）
A．粒子在磁场中做匀速圆周运动的周期为
B．该匀强磁场的磁感应强度大小为
C．粒子在磁场中运动的轨道半径为
D．粒子进入匀强磁场时的速度大小为
【答案】C
【详解】A．带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，垂直AC边射出的粒子在磁场中运动的时间是T，即
则得周期
T=4t0
故A正确；
B．由得
故B正确；
C．设运动时间最长的粒子在磁场中的运动轨迹所对的圆心角为θ，则有
得
画出该粒子的运动轨迹如图，设轨道半径为R，由几何知识得
可得
故C错误；
D．根据，解得
故D正确。
本题选错误的，故选C。
2．（24-25高二上·黑龙江牡丹江·期中）如图所示，有一个边长为l，磁感应强度为B的正方形匀强磁场区域abcd, e是ab的中点, f 是ac的中点, 如果在c点沿对角线方向以一定的速度v射入一比荷为k的带电粒子（不计重力），且该粒子恰好能从f点射出。则下列说法正确的是（ ）
A．粒子射入磁场的速度大小
B．粒子在磁场中运动的时间为
C．若只减小粒子入射速度大小，则粒子在磁场中的运动时间不变
D．若粒子入射速度大小变为2v，则粒子恰好从a点射出
【答案】BCD
【详解】A．由题意，当粒子从f点飞出时，画出粒子运动轨迹，利用几何知识，可求得粒子在磁场中的运动半径
根据
，
可求得
故A错误；
B．粒子在磁场中运动的时间为
故B正确；
C．若只减小粒子入射速度大小，则粒子在磁场中的运动半径将减小，画出粒子在磁场中的运动轨迹可知，粒子均从ef边射出，由几何知识可知粒子运动轨迹所对应的圆心角均为90°，运动时间均为
可知粒子在磁场中的运动时间不变，故C正确；
D．若粒子入射速度大小变为2v， 则粒子在磁场中的运动半径将变为
由几何知识可判断知粒子恰好从a点射出，故D正确。
故选BCD。
3．（24-25高二下·辽宁沈阳·期中）如图所示，直角三角形abc区域存在垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度大小为B，ab边长为2L，，一粒子源固定在ac边的中点d，粒子源垂直ac边向磁场中发射不同速率的带正电的粒子，粒子均从bc边界射出，已知粒子质量为m、电荷量为q，下列说法正确的是（ ）
A．粒子运动的速率可能为
B．粒子在磁场中运动的时间可能为
C．bc边界上有粒子射出的区域长度最大为
D．有粒子经过的磁场区域的面积最大为
【答案】BC
【详解】A．根据题意可知当粒子运动轨迹与ab边相切时，对应的速度最大，如图所示
根据几何知识可得半径为
根据洛伦兹力提供向心力
解得
同理若粒子从c点射出，则速度
则粒子的速度不可能为，故A错误；
B．粒子在磁场中运动的周期为
当粒子垂直bc边射出时，粒子在磁场中运动的时间为
故B正确；
CD．根据题意可知当粒子运动轨迹与ab边相切时，打在cb上的点到c点的距离最大，即
所以打在bc边界上有粒子射出的区域长度最大为，有粒子经过的磁场区域的面积最大为
故C正确，D错误。
故选BC。
4．（23-24高二下·河南驻马店·期中）空间中存在直角三角形ABC区域，其中AB边长为L，，现给该区域施加垂直于纸面向里的稳定的匀强磁场如图，磁感应强度为B，以不同的速率从A点沿AB方向射入一束完全相同的正粒子，比荷为（忽略重力对运动状态的影响），则（ ）
A．粒子速度越大，在磁场中运动时间越长B．粒子在磁场中运动时间最长为
C．粒子在磁场中运动的最长路程为D．粒子能从AC射出的区域长度为L
【答案】BC
【详解】AB．根据洛伦兹力提供向心力
解得
可知粒子速度越大，粒子运动半径越大。当粒子运动半径较小时，能够从边射出，粒子在磁场中的圆心角为，粒子在磁场中运动时间为
该过程中粒子运动时间不变，此时粒子在磁场中运动时间最长，当粒子运动半径较大时，从BC边射出，粒子速度越大，轨迹对应的圆心角越小，在磁场中运动时间短，故A错误，B正确；
CD．当粒子和BC边相切时路程最大，此时射出点为粒子在AC边射出的最远点，由几何关系知
粒子在磁场中运动的最长路程为
此时最远点距点的距离为
故C正确，D错误。
故选BC。
5．（2025·吉林长春·高三月考）（多选）我国研制的世界首套磁聚焦霍尔电推进系统已经完成了全部在轨飞行验证工作，可作为太空发动机使用，带电粒子流的磁聚焦是其中的关键技术之一。如图，实线所示的两个圆形区域内存在垂直于纸面的匀强磁场I、Ⅱ，磁感应强度分别为，。两圆半径均为r，相切于O点。一束宽度为的带电粒子流沿x轴正方向射入后都汇聚到坐标原点O。已知粒子的质量均为m、电荷量均为、进入磁场的速度均为v，不计带电粒子的重力及粒子间的相互作用力。下列说法正确的是（ ）
A．的大小为
B．从O点进入磁场Ⅱ的粒子的速度仍相同
C．若，则粒子在磁场Ⅱ的边界的射出点在六分之一圆周上
D．若，则粒子在磁场Ⅱ中运动的最长时间为
【答案】ACD
【详解】A．由磁聚焦的特点可知，粒子在磁场中的运动半径与磁场圆的半径相等，即
解得
A正确；
B．洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向不改变其速度的大小，其速度大小相等，但速度的方向不同，B错误；
C．若，则
可知，粒子离开磁场II最远的位置离原点为r，如图所示。
由几何关系，弦所对最大圆心角为，故粒子在磁场II的边界的射出点在六分之一圆周上，C正确；
D．若，则
由此可知，粒子离开磁场Ⅱ运动轨迹的弦越长，运动的时间越长，如图所示，粒子在磁场中运动轨迹的圆心角为，则粒子在磁场Ⅱ中运动的最长时间为
D正确；
故选ACD。
6．（23-24高二上·海南海口·期末）如图所示，在矩形GHIJ区域内分布着垂直纸面向里的匀强磁场，P点是GH边的中点，四个完全相同的带电粒子仅在洛伦兹力的作用下，以大小不同的速率从P点射入匀强磁场，它们的轨迹在同一平面（纸面）内，下列说法正确的是（ ）
A．④粒子的速率最大
B．③粒子的向心加速度最大
C．②粒子在矩形GHIJ磁场区域运动的时间最长
D．①、②、③、④这四个粒子在矩形GHIJ磁场区域的运动周期不相同
【答案】A
【详解】CD．对于完全相同的粒子，其比荷相同，在同一匀强磁场中，则周期相同，由图知③粒子在磁场中转过的圆心角最大，所以③粒子在矩形GHIJ磁场区域经历的时间最长，故CD错误；
A．根据洛伦兹力提供向心力有
可得
由于④粒子的半径最大，则④粒子的速率最大，故A正确；
B．粒子的向心加速度为
可知④粒子的向心加速度最大，故B错误。
故选A。
7．（23-24高二上·湖北·期中）如图所示，直角三角形区域中存在一匀强磁场，磁感应强度为，已知边长为，比荷均为的带正电粒子以不同的速率从点沿方向射入磁场（不计粒子重力），则（ ）
A．粒子速度越大，在磁场中运动的时间越短
B．粒子速度越大，在磁场中运动的路程越大
C．粒子在磁场中运动的最长路程为
D．粒子在磁场中运动的最短时间为
【答案】C
【详解】AB．粒子在磁场中做匀速圆周运动，随速度增加，半径变大，当粒子运动轨迹恰好与BC边相切时，粒子运动轨迹如图所示，当粒子从AC边射出时，即使粒子速度越大，但是运动时间不变，当粒子的轨迹与BC边相切时，粒子速度再增加，则粒子从BC边射出，则随速度增加，在磁场中运动的路程越小，选项AB错误；
C．当粒子的轨迹与BC边相切时，由几何知识得，粒子轨道半径
r=AB=L
此时粒子在磁场中运动的路程最长为
选项C正确；
D．当粒子从BC边射出时，粒子的速度越大，半径越大，出射点越靠近B点，时间也越来越短，直到从B点射出时粒子的速度无穷大，时间趋近于零，选项D错误。
故选C。
8．（2024高三·全国·专题练习）如图所示，在直角坐标系xOy第一象限内x轴上方存在磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场，在y轴上S处有一粒子源，它可向右侧纸面内各个方向射出速率相等的质量均为m，电荷量均为q的同种带电粒子，所有粒子射出磁场时离S最远的位置是x轴上的P点。已知粒子带负电，==d，粒子重力及粒子间的相互作用均不计，则（ ）
A．粒子的速度大小为
B．从O点射出的粒子在磁场中的运动时间为
C．从x轴上射出磁场的粒子在磁场中运动的最长时间与最短时间之比为9∶2
D．沿平行x轴正方向射入的粒子离开磁场时的位置到O点的距离为
【答案】C
【详解】A．由题意可知，带电粒子在磁场中做匀速圆周运动，粒子射出磁场时离S最远的位置是x轴上的P点，可以画出其轨迹1，如图所示，可知SP为直径，由几何关系则有
得
由洛仑兹力提供向心力可得
得
A错误；
B．粒子的运动周期
得
从O点射出的粒子如轨迹3，由几何知识可得轨迹3所对应的圆心角为60°，在磁场中的运动时间
故B错误；
C．从x轴上射出磁场的粒子中，运动时间最长的粒子为运动轨迹与x轴相切的粒子（轨迹2），对应的圆心角为270°，得
运动时间最短的粒子为从原点飞出的粒子（轨迹3），此时对应的圆心角为60°，得到
所以
故C正确；
D．沿平行x轴正方向射入的粒子，圆心在原点处，运动轨迹为四分之一圆，离开磁场时的位置到O点的距离为d，故D错误。
故选C。
02磁聚焦 磁发散
9．（24-25高二上·全国·课后作业）带电粒子流的磁聚焦是薄膜材料制备的关键技术之一。磁聚焦原理如图，真空中半径为的圆形区域内存在垂直纸面的匀强磁场。一束宽度为、沿x轴正方向运动的电子流射入该磁场后聚焦于坐标原点O。已知电子的质量为m、电荷量为e、进入磁场的速度为v，不计电子重力及电子间的相互作用，则磁感应强度的大小为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】由题可知，从左侧任选一束电子流A经磁场偏转后，通过坐标原点O，如图所示
由于电子沿水平方向射入磁场，半径与速度方向垂直，可知，由几何关系可知，平行四边形为菱形，因此电子在磁场中运动的轨道半径，又由于
可得磁感应强度的大小为
故选C。
10．（22-23高二下·河北秦皇岛·开学考试）我国研制的世界首套磁聚焦霍尔电推进系统已经完成了全部在轨飞行验证工作，可作为太空发动机使用，带电粒子流的磁聚焦是其中的关键技术之一。如图，实线所示的两个圆形区域内存在垂直于纸面的匀强磁场I、Ⅱ，磁感应强度分别为，。两圆半径均为r，相切于O点。一束宽度为的带电粒子流沿x轴正方向射入后都汇聚到坐标原点O。已知粒子的质量均为m、电荷量均为、进入磁场的速度均为v，不计带电粒子的重力及粒子间的相互作用力。下列说法正确的是（ ）
A．的大小为
B．从O点进入磁场Ⅱ的粒子的速度仍相同
C．若，则粒子在磁场Ⅱ的边界的射出点在六分之一圆周上
D．若，则粒子在磁场Ⅱ中运动的最长时间为
【答案】ACD
【详解】A．由磁聚焦的特点可知，粒子在磁场中的运动半径与磁场圆的半径相等，即
解得
A正确；
B．洛伦兹力只改变带电粒子的运动方向不改变其速度的大小，其速度大小相等，但速度的方向不同，B错误；
C．若，则
可知，粒子离开磁场II最远的位置离原点为r，如图所示。
由几何关系，弦所对最大圆心角为，故粒子在磁场II的边界的射出点在六分之一圆周上，C正确；
D．若，则
由此可知，粒子离开磁场Ⅱ运动轨迹的弦越长，运动的时间越长，如图所示，粒子在磁场中运动轨迹的圆心角为，则粒子在磁场Ⅱ中运动的最长时间为
D正确；
故选ACD。
11．（2023·山东·模拟预测）利用磁聚焦和磁控束可以改变一束平行带电粒子的宽度，人们把此原理运用到薄膜材料制备上，使芯片技术得到飞速发展。如图，宽度为的带正电粒子流水平向右射入半径为的圆形匀强磁场区域，磁感应强度大小为，这些带电粒子都将从磁场圆上O点进入正方形区域，正方形过O点的一边与半径为的磁场圆相切。在正方形区域内存在一个面积最小的匀强磁场区域，使汇聚到O点的粒子经过该磁场区域后宽度变为，且粒子仍沿水平向右射出，不考虑粒子间的相互作用力及粒子的重力，下列说法正确的是（ ）
A．正方形区域中匀强磁场的磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里
B．正方形区域中匀强磁场的磁感应强度大小为，方向垂直纸面向里
C．正方形区域中匀强磁场的最小面积为
D．正方形区域中匀强磁场的最小面积为
【答案】BC
【详解】AB． 根据磁聚焦原理，粒子在半径为的圆形磁场区域中运动，粒子运动的轨迹半径为，有
解得
要使汇聚到O点的粒子经正方形区域内的磁场偏转后宽度变为，且粒子仍沿水平向右射出，作出轨迹如图所示，由几何关系可知粒子的轨迹半径，正方形中磁场区域内应该为圆形磁场的一部分，有
解得
比较可得
由左手定则可知，方向垂直纸面向里，A错误，B正确；
CD． 如图，磁场区域的最小面积为
C正确，D错误。
故选BC。
12．（22-23高三上·江苏南京·开学考试）带电粒子流的磁控束和磁聚焦是薄膜材料制备的关键技术之一，如图甲，在xy平面的第一象限内曲线和y轴之间存在着垂直纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B0；在第二象限内存在着如图乙所示的交变磁场（以垂直纸面向外为磁场的正方向）。放射源在A（3a，0）点发射质量为m、带电量为+q的粒子，其速度大小 ，方向与x轴负方向的夹角为θ（大小未知，00），沿纸面以大小为v的速度从OM上的某点向左上方射入磁场，速度方向与OM成30°角，已知该粒子在磁场中的运动轨迹与ON只有一个交点，并从OM上另一点射出磁场，不计重力。则粒子离开磁场时的出射点到两平面交线O的距离为（ ）
A．mv2qBB．3mvqBC．2mvqBD．4mvqB
【答案】D
【详解】带电粒子在磁场中做圆周运动洛伦兹力提供向心力，所以
qvB=mv2r
根据题意，轨迹与ON相切，画出粒子的运动轨迹如图所示
由于
AD=2rsin30°=r
故△AO′D为等边三角形，∠O′DA=60°，而∠MON=30°，则∠OCD=90°，故CO′D为一直线，则
OD=CDsin30°=2CD=4r=4mvqB
故选D。
2．（2025·全国卷·高考真题）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 = t3B．t1 < t2 < t3C．t1 = t2 > t3D．t1 > t2 > t3
【答案】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。
3．（2024·广西·高考真题）坐标平面内一有界匀强磁场区域如图所示，磁感应强度大小为B，方向垂直纸面向里。质量为m，电荷量为的粒子，以初速度v从O点沿x轴正向开始运动，粒子过y轴时速度与y轴正向夹角为，交点为P。不计粒子重力，则P点至O点的距离为（ ）
A．B．C．D．
【答案】C
【详解】粒子运动轨迹如图所示
在磁场中，根据洛伦兹力提供向心力有
可得粒子做圆周运动的半径
根据几何关系可得P点至O点的距离
故选C。
4．（2024·湖北·高考真题）如图所示，在以O点为圆心、半径为R的圆形区域内有垂直于纸面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B。圆形区域外有大小相等、方向相反、范围足够大的匀强磁场。一质量为m、电荷量为q（q>0）的带电粒子沿直径AC方向从A点射入圆形区域。不计重力，下列说法正确的是（ ）
A．粒子的运动轨迹可能经过O点
B．粒子射出圆形区域时的速度方向不一定沿该区域的半径方向
C．粒子连续两次由A点沿AC方向射入圆形区域的最小时间间隔为
D．若粒子从A点射入到从C点射出圆形区域用时最短，粒子运动的速度大小为
【答案】D
【详解】AB．在圆形匀强磁场区域内，沿着径向射入的粒子，总是沿径向射出的；根据圆的特点可知粒子的运动轨迹不可能经过O点，故AB错误；
C．粒子连续两次由A点沿AC方向射入圆形区域，时间最短则根据对称性可知轨迹如图
则最短时间有
故C错误；
D．粒子从A点射入到从C点射出圆形区域用时最短，则轨迹如图所示
设粒子在磁场中运动的半径为r，根据几何关系可知
根据洛伦兹力提供向心力有
可得
故D正确。
故选D。
5．（2024·河北·高考真题）如图，真空区域有同心正方形ABCD和abcd，其各对应边平行，ABCD的边长一定，abcd的边长可调，两正方形之间充满恒定匀强磁场，方向垂直于正方形所在平面．A处有一个粒子源，可逐个发射速度不等、比荷相等的粒子，粒子沿AD方向进入磁场。调整abcd的边长，可使速度大小合适的粒子经ad边穿过无磁场区后由BC边射出。对满足前述条件的粒子，下列说法正确的是（ ）
A．若粒子穿过ad边时速度方向与ad边夹角为45°，则粒子必垂直BC射出
B．若粒子穿过ad边时速度方向与ad边夹角为60°，则粒子必垂直BC射出
C．若粒子经cd边垂直BC射出，则粒子穿过ad边的速度方向与ad边夹角必为45°
D．若粒子经bc边垂直BC射出，则粒子穿过ad边时速度方向与ad边夹角必为60°
【答案】AD
【详解】A．粒子在磁场中做匀速圆周运动，在正方形abcd区域中做匀速直线运动，粒子穿过ad边时速度方向与ad边夹角为45°，在正方形abcd区域中的运动轨迹必平行于AC的连线，可知粒子必经过cd边，进入正方形abcd区域前后的两段圆弧轨迹的半径相等，并且圆心角均为45°，据此作出粒子可能的两个运动轨迹如图所示
粒子的运动轨迹均关于直线BD对称，粒子必从C点垂直于BC射出，故A正确；
C．若粒子经cd边垂直BC射出，粒子运动轨迹如图所示
设粒子穿过ad边时速度方向与ad边夹角为，则图中两段圆弧轨迹的圆心角与的关系为
设两正方形的对应边之间的距离为，为保证粒子穿过ad边，需满足
且有
联立解得
为保证粒子穿过cd边，需满足
为保证从BC边射出，需满足
联立解得
可得粒子经cd边垂直BC射出，粒子穿过ad边时速度方向与ad边夹角范围是
故C错误；
BD．粒子穿过ad边时速度方向与ad边夹角为60°时，作出粒子恰好经过c点的运动轨迹如图所示
设粒子在e点进入正方形abcd区域，线段MN垂直平分轨迹ec，与AB选项的分析同理，粒子的轨迹关于线段MN对称。线段CE平行于轨迹ec，取圆弧轨迹的中点F，过F点做轨迹ec的平行线分别交AD与BC于点G和点，点为点E关于MN的对称点。易知点e为ad的中点，点E为AD的中点，Ee垂直于ad和AD，设粒子轨迹半径为r，正方形ABCD的边长为2L。由几何关系得
联立解得
因，故，即EF垂直于，由对称性可知四边形为矩形，垂直于CE，可知点是点F关于MN的对称点，即点F是圆弧cH的中点，可知由c到粒子的轨迹圆心角为30°，可得粒子垂直BC射出。若粒子速度较大，轨迹半径较大，则粒子在c点左侧穿过cd，其轨迹如图所示
与临界轨迹对比，粒子第二段的轨迹圆心不会在BC上，故粒子不会垂直BC射出。若粒子速度较小，轨迹半径较小，则粒子在c点下方穿过cb，其轨迹如图所示。
与粒子恰好经过c点的运动过程同理，根据对称性可知粒子一定垂直BC射出，故B错误，D正确。
故选AD。
6．（2024·福建·高考真题）如图，用两根不可伸长的绝缘细绳将半径为的半圆形铜环竖直悬挂在匀强磁场中，磁场的磁感应强度大小为，方向垂直纸面向外，铜环两端、处于同一水平线。若环中通有大小为、方向从到的电流，细绳处于绷直状态，则（ ）
A．两根细绳拉力均比未通电流时的大B．两根细绳拉力均比未通电流时的小
C．铜环所受安培力大小为D． 铜环所受安培力大小为
【答案】AC
【详解】方法一：微元法
AB．如图，取通电半圆形铜环的一小段，可将其视为直导线，根据左手定则可知，改小段导线受到的安培力方向如图所示，其大小
根据对称性苛刻的，如图所示，对称的两小段所受的安培力在水平方向的分力大小相等，方向相反，相互抵消，则通电后半圆形铜环受到的安培力竖直向下，根据受力分析可知，通电后两绳拉力变大，故A正确，B错误；
CD．对每小段导线所受安培力在竖直方向的分力求和，可得
故C正确，D错误。
故选AC。
方法二：等效法
通电半圆形铜环可等效为等效长度为直径，电流方向，根据左手定则可知半圆形铜环受到的安培力方向竖直向下，大小
根据受力分析可得，通电后，绳子拉力
两根细绳拉力均比未通电流时的大。
故选AC。