2027届高三物理一轮复习课件第11章 第8讲 专题提升：带电粒子在三维空间中的运动

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题型一　带电粒子在电、磁场中的螺旋线运动和旋进运动
题型二　带电粒子在空间电、磁场中的偏转运动
目 录 索 引
如果空间中匀强磁场的分布是三维的,带电粒子在磁场中的运动情况可以是三维的,主要讨论两种情况:(1)空间中只存在匀强磁场,当带电粒子的速度方向与磁场的方向不平行也不垂直时,带电粒子在磁场中就做螺旋线运动,这种运动可分解为平行于磁场方向的匀速直线运动和垂直于磁场平面的匀速圆周运动。(2)空间中的匀强磁场和匀强电场(或重力场)平行时,带电粒子在一定的条件下就可以做旋进运动,这种运动可分解为平行于磁场方向的匀变速直线运动和垂直于磁场平面的匀速圆周运动。
典题1 (2025湖南长沙模拟)带电粒子三维动量映射分析技术的原理图如图甲所示。系统整体设计采用圆柱对称形结构,对称轴为O1O2,亥姆霍兹线圈用以形成沿系统轴向的均匀磁场区,可以抑制带电粒子的横向发散,使得系统具有较大的粒子收集效率。位置敏感探测器用以接收带电粒子,记录带电粒子的飞行时间t和粒子撞击探测器的位置(x,z)。粒子源和探测器中心均位于对称轴上,建立空间坐标系O-xyz,y轴与对称轴重合,z轴竖直向上,探测器所在的平面坐标系O-xz从左向右看如图乙所示。
分析带电粒子在立体空间中的运动时,要发挥空间想象力,确定粒子在空间的位置关系。带电粒子依次通过不同的空间,运动过程分为不同的阶段,只要分析出每个阶段上的运动规律,再利用两个空间交界处粒子的运动状态和关联条件即可解决问题。有时需要将粒子的运动分解为两个互相垂直的平面内的运动(比如螺旋线运动和旋进运动)来求解。