- 磁场对运动电荷的作用
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(2015秋•广州月考)如图为洛伦兹力演示仪的结构图.励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外,电子束由电子枪产生,其速度方向与磁场方向垂直.电子速度大小可通过电子枪的加速电压来控制,磁场强弱可通过励磁线圈的电流来调节.下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:根据电子所受洛伦兹力的方向结合右手定则判断励磁线圈中电流方向是顺时针方向,电子在加速电场中加速,由动能定理有:
eU=mv02…①
电子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力,有:eBv0=m…②
解得:r==
…③
T=…④
A、C、可见增大励磁线圈中的电流,电流产生的磁场增强,由③式可得,电子束的轨道半径变小.由④式知周期变小,故AC错误;
B、D、提高电子枪加速电压,电子束的轨道半径变大、周期不变,故B正确,D错误;
故选:B.
一个带电粒子以速度v射入某一空间(不计重力),下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:AB、若空间只有电场,带电粒子在电场中一定会受到电场力的作用,电场力对粒子做功,所以粒子的速度和动能一定变化,所以AB错误;
C、若空间只有磁场,粒子可能受洛伦兹力的作用,但是洛伦兹力对粒子始终不做功,所以粒子的动能是不变的,所以C正确;
D、当粒子的运动的方向和磁场垂直的时候,受洛伦兹力的大小,此时洛伦兹力改变粒子的速度方向,所以速度可能改变,所以D错误.
故选:C.
张强同学利用用感应圈、学生电源、阴极射线管、蹄形永久磁铁等器材来探究磁场对运动电荷的作用规律.
(1)首先将阴极射线管与感应圈相连,加上电压,阴极发出高速电子束.从荧光屏上可以观察到电子运动的轨迹.不加磁场时,电子束沿______前进.
(2)如果将蹄形磁铁移近阴极射线管,将观察到电子束在磁场中发生______,此实验现象说明了磁场对运动电荷存在力的作用.
(3)当改变磁场方向时,将观察到电子束的偏转方向将随之改变,此实验现象说明了______.
正确答案
直线
偏转
磁场对运动电荷的作用力的方向与磁场的方向有关
解析
解:(1)首先将阴极射线管与感应圈相连,加上电压,阴极发出高速电子束.从荧光屏上可以观察到电子运动的轨迹.不加磁场时,电子束沿 直线方向前进.
(2)如果将蹄形磁铁移近阴极射线管,将观察到电子束在磁场中发生 偏转,此实验现象说明了磁场对运动电荷存在力的作用.
(3)当改变磁场方向时,将观察到电子束的偏转方向将随之改变,此实验现象说明了磁场对运动电荷的作用力的方向与磁场的方向有关.
故答案为:(1)直线;(2)偏转;(3)磁场对运动电荷的作用力的方向与磁场的方向有关
质量为m、带电量为q的小球,从倾角为θ的光滑绝缘斜面上由静止下滑,整个斜面置于方向水平向外的匀强磁场中,其磁感应强度为B,如图所示.若带电小球下滑后某时刻对斜面的作用力恰好为零,下面说法中正确的是( )
正确答案
解析
解:A、小球向下运动,由磁场垂直纸面向外,又由于洛伦兹力垂直斜面向上,所以小球带正电.故A错误;
B、C、小球没有离开斜面之前,在重力,支持力、洛伦兹力作用下做匀加速直线运动,虽然速度变大,导致洛伦兹力变大,但三个力的合力却不变,加速度不变.故B正确;C错误;
D、小球在斜面上下滑过程中,当小球受到的洛伦兹力等于重力垂直与斜面的分力相等时,小球对斜面压力为零.所以Bqv=mgcosθ,则速率为,故D正确;
故选:BD
一电子以速度v在半径为r的轨道上绕固定的正电荷做逆时针方向的匀速圆周运动,周期为T,电势能为Ep,现在电子轨道平面上加一垂直纸面向里的匀强磁场,如图所示,设电子通过调整轨道后仍能绕正电荷做匀速圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:在未加磁场时,根据牛顿第二定律和库仑定律得:=m
在加磁场时,根据牛顿第二定律、库仑定律和洛仑兹力公式(左手定则)得
根据磁场指向纸里,则有:-qvB=m
,
电子做离心运动,导致半径增大,且有,T′>T,库仑力做负功,导致电势能增加,而动能减小,则速度减小,故D正确,ABC错误;
故选:D.
(2015秋•佛山校级期末)下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:洛仑兹力与始终速度垂直,故洛伦兹力对带电粒子不做功;
故选:C
如图所示,电子从射线管的阴极出发向右运动,在该平面内有一垂直纸面向里的匀强磁场,则电子将( )
正确答案
解析
解:磁场方向垂直纸面向里,根据左手定则知,电子向右运动,产生的电流的方向向左,所受的洛伦兹力方向向下,则阴极射线向上偏转.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
下列说法不正确的是( )
正确答案
解析
解:A、运动电荷在磁感应强度不为零的地方,当运动的速度方向与磁场平行时,不受到洛伦兹力作用,故A错误;
B、运动电荷在某处不受洛伦兹力作用,可能与磁场方向平行,则该处的磁感应强度不一定为零,故B错误;
C、左手定则可知,洛伦兹力垂直速度的方向,则洛伦兹力不能改变带电粒子的动能,但能改变带电粒子的速度方向,故C错误;
D、洛伦兹力总是垂直与速度方向,则对带电粒子永不做功,故D正确;
本题选择错误的,故选:ABC.
质量为m,电量为q的带正电小物块在磁感强度为B,方向垂直纸面向里的匀强磁场中,沿动摩擦因数为μ的绝缘水平面以初速度v0开始向左运动,如图所示.物块经时间t移动距离s后停了下来,设此过程中,q不变,则( )
正确答案
解析
解:A、B、假设物块受洛伦兹力是恒力. 根据动能定理,得:
-μ(mg+qv0B)s=0-
得:
物块带正电,受到向下的洛伦兹力,物块受到的支持力FN=mg+qvB,因为物块向左做减速运动,洛伦兹力减小,所以在运动的过程中物块受到的支持力逐渐减小,滑动摩擦力逐渐减小,滑行的距离比洛伦兹力是恒力时会增大;
则,故A正确,B错误.
C、D、假设洛伦兹力是恒力,大小为qv0B保持不变,则由动量定理,得:
-μ(mg+qv0B)t=0-mv0
得:
因为物块向左做减速运动,洛伦兹力减小,加速度减小,但加速度a>μg,则有:.故C错误,D正确.
故选:AD
如图所示,匀强磁场的方向竖直向下,磁场中有光滑的水平桌面,在桌面上平放着内壁光滑,底部A有带电小球的试管.在水平拉力F作用下,试管向右匀速运动,带电小球能从试管口飞出,则( )
正确答案
解析
解:A、小球能从管口处飞出,说明小球受到指向管口洛伦兹力,根据左手定则判断,小球带正电.故A错误;
B、小球垂直于管子向右的分运动是匀速直线运动.小球沿管子方向受到洛伦兹力的分力F1=qv1B,q、v1、B均不变,F1不变,则小球沿管子做匀加速直线运动.与平抛运动类似,小球运动的轨迹是一条抛物线,故B错误;
C、洛伦兹力总是与速度垂直,不做功,故C错误;
D、设小球沿管子的分速度大小为v2,则小球受到垂直管子向左的洛伦兹力的分力F2=qv2B,v2增大,则F2增大,而拉力F=F2,则F逐渐增大,故D正确.
故选:D.
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