- 磁场对运动电荷的作用
- 共2267题
如图所示,置于光滑水平面上的绝缘小车A、B质量分别为mA=3kg,mB=0.5kg.带电量q=+
C、可视为质点的绝缘物体C位于光滑小车B的左端.其质量为mC=0.1kg.在A、B、C所在的空间有一垂直纸面向里的匀强磁场,磁感强度B=10T,现小车B静止,小车A以速度v0=10m/s向右运动和小车B碰撞,碰后物体C在A上滑动.已知碰后小车B的速度为9m/s,物体C与小车A之间有摩擦,其他摩擦均不计,小车A足够长,全过程中C的带电量保持不变,取重力加速度=10m/s2.求:物体C在小车A上运动的最大速度和小车A运动的最小速度.
正确答案
解:当物体C对小车A无压力时,物体C在小车A上运动的速度最大
即qvmB=mcg
解得vm=7.5m/s
小车A与B碰撞过程中,由动量守恒定律有
mAv0=mBvB+mvA
解得碰撞后小车A的速度vA=8.5m/s
之后物体C在小车A上达到最大速度时,小车A的速度最小,设为v
则由动量守恒有:mAvA=mcvm+mAv
解得v=8.25m/s
答:物体C在小车A上运动的最大速度为7.5m/s,小车A运动的最小速度为8.25m/s.
解析
解:当物体C对小车A无压力时,物体C在小车A上运动的速度最大
即qvmB=mcg
解得vm=7.5m/s
小车A与B碰撞过程中,由动量守恒定律有
mAv0=mBvB+mvA
解得碰撞后小车A的速度vA=8.5m/s
之后物体C在小车A上达到最大速度时,小车A的速度最小,设为v
则由动量守恒有:mAvA=mcvm+mAv
解得v=8.25m/s
答:物体C在小车A上运动的最大速度为7.5m/s,小车A运动的最小速度为8.25m/s.
电子的速率υ=3.0×106米/秒,垂直射入B=10.0特的磁场中,它受到的洛伦兹力是多大?(电子的电量e=1.6×10-19C).
正确答案
解:由于电子垂直于磁场的方向进入磁场时,电子受到的洛伦兹力的大小:f=evB=1.6×10-19×3.0×106×10N=4.8×10-12N.
答:电子受到的洛伦兹力是4.8×10-12N.
解析
解:由于电子垂直于磁场的方向进入磁场时,电子受到的洛伦兹力的大小:f=evB=1.6×10-19×3.0×106×10N=4.8×10-12N.
答:电子受到的洛伦兹力是4.8×10-12N.
在垂直纸面水平向里,磁感应强度为B的匀强磁场中,有一固定在水平地面上的光滑半圆槽,一个带电荷量为+q,质量为m的小球在如图中所示位置从静止滚下,小球滚到槽底时对槽底的压力大小等于mg,求:
(1)圆槽轨道的半径R.
(2)小球第二次滚到槽底时对槽底压力的大小.
正确答案
解:(1)设小球滚到槽底时的速度为v,由于小球受到圆槽轨道的支持力和洛伦兹力都不做功,根据机械能守恒定律可得:
mgR=mv2
小球滚到槽底时受到的洛伦兹力的大小为:
F=qvB
根据题意和牛顿第二定律可得:
F+mg-mg=m
联立解得:
R=
(2)小球第二次滚到槽底时速度大小不变,洛仑兹力反向,由牛顿第二定律,有:
解得:
N‘=5mg
答:(1)圆槽轨道的半径R为.
(2)小球第二次滚到槽底时对槽底压力的大小为5mg.
解析
解:(1)设小球滚到槽底时的速度为v,由于小球受到圆槽轨道的支持力和洛伦兹力都不做功,根据机械能守恒定律可得:
mgR=mv2
小球滚到槽底时受到的洛伦兹力的大小为:
F=qvB
根据题意和牛顿第二定律可得:
F+mg-mg=m
联立解得:
R=
(2)小球第二次滚到槽底时速度大小不变,洛仑兹力反向,由牛顿第二定律,有:
解得:
N‘=5mg
答:(1)圆槽轨道的半径R为.
(2)小球第二次滚到槽底时对槽底压力的大小为5mg.
磁场对一段通电导体的作用力F实际上是磁场对通电导体内做定向移动形成电流的大量自由电荷作用的宏观表现.如图所示,已知垂直于纸面的匀强磁场的磁感应强度大小为B,一段通电导体的长度为L,电流强度为I,导体内每个自由电荷的电量为q,定向移动的速度大小为v.试从安培力公式F=BIL出发推导洛伦兹力公式f=qBv.说明推导过程中每步的根据.
正确答案
解:设长度为L、电流强度为I的一段通电导体,垂直放入磁感强度为B的匀强磁场中,该通电导体所受安培力:
F=BIL…①
设单位体积内的电荷数为n,自由电荷的电荷量为q,电荷定向移动的速度大小为v,则该通电导体内的自由电荷数为:
N=nLS…②
通电导体的电流强度为:
I=nSvq…③
联立①②③得:
F=BIL=BnSvqL=(nLS)Bvq
即该通电导体内的全部电荷所受磁场力:F=NBvq
则该通电导体内每个电荷所受磁场力--洛伦兹力:
f=
即f=qvB,安培力F可看作是作用在每个运动电荷上的洛仑兹力f的合力(宏观与微观!)
答:推导过程见解答.
解析
解:设长度为L、电流强度为I的一段通电导体,垂直放入磁感强度为B的匀强磁场中,该通电导体所受安培力:
F=BIL…①
设单位体积内的电荷数为n,自由电荷的电荷量为q,电荷定向移动的速度大小为v,则该通电导体内的自由电荷数为:
N=nLS…②
通电导体的电流强度为:
I=nSvq…③
联立①②③得:
F=BIL=BnSvqL=(nLS)Bvq
即该通电导体内的全部电荷所受磁场力:F=NBvq
则该通电导体内每个电荷所受磁场力--洛伦兹力:
f=
即f=qvB,安培力F可看作是作用在每个运动电荷上的洛仑兹力f的合力(宏观与微观!)
答:推导过程见解答.
质量为m、电荷量为q的带正电圆环套在竖直绝缘长杆上,环与杆间的动摩擦因数为μ,整个装置处于磁感应强度为B的水平方向的匀强磁场中,如图所示,现将环由静止释放,经时间t环恰好达稳定速度,求此过程环下落的高度h.
正确答案
解:分析可知,环下落过程中受重力,弹力、安培力和摩擦力,且只有重力和摩擦力做功,当摩擦力等于重力时,环做匀速运动,其速度为V,
即:mg=μF
而:F=qvB
下落过程据动量定理得:mgt-=mv
动能定理得:mgh-=
联立以上解得:h=
答:此过程环下落的高度.
解析
解:分析可知,环下落过程中受重力,弹力、安培力和摩擦力,且只有重力和摩擦力做功,当摩擦力等于重力时,环做匀速运动,其速度为V,
即:mg=μF
而:F=qvB
下落过程据动量定理得:mgt-=mv
动能定理得:mgh-=
联立以上解得:h=
答:此过程环下落的高度.
有一质量为m、电荷量为q的带正电的小球停在绝缘平面上,并处在磁感应强度为B、方向垂直指向纸面内部的匀强磁场中,如图所示,为了使小球飘离平面,匀强磁场在纸面内移动的最小速度应为多少?方向如何?
正确答案
解:当磁场向左运动时,相当于小球向右运动,带正电小球所受的洛伦兹力方向向上,当其与重力平衡时,小球即将飘离平面.设此时速度为v,则由力的平衡有:qvB=mg;则v=.
答:磁场应水平向左平移,最小速度为.
解析
解:当磁场向左运动时,相当于小球向右运动,带正电小球所受的洛伦兹力方向向上,当其与重力平衡时,小球即将飘离平面.设此时速度为v,则由力的平衡有:qvB=mg;则v=.
答:磁场应水平向左平移,最小速度为.
一个电子在匀强磁场中运动,速度v方向与磁感应强度B方向垂直.某时刻运动状态如图所示.请你在图中画出电子所受洛仑兹力的方向.
正确答案
解:电子在匀强磁场中运动向右运动,磁场的方向是向里的,根据左手定则可得洛伦兹力的方向是向下的.
如图所示.
解析
解:电子在匀强磁场中运动向右运动,磁场的方向是向里的,根据左手定则可得洛伦兹力的方向是向下的.
如图所示.
如图所示的天平可用来测定磁感应强度.天平的右臂下面挂有一个矩形线圈,宽为l,共N匝.线圈的下部悬在匀强磁场中,磁场方向垂直纸面.当线圈中通有电流I(方向如图)时,在天平左、右两边加上质量各为m1、m2的砝码,天平平衡.当电流反向(大小不变)时,右边再加上质量为m的砝码后,天平重新平衡.由此可知 磁感应强度的方向垂直纸面向______(填“里”或“外”),大小为______(用题目中所给出的物理量表示).
正确答案
解:(1)假设B的方向垂直纸面向外,开始线圈所受安培力的方向向上,电流方向相反,则安培力方向反向,变为竖直向下,相当于右边多了两倍的安培力大小,所以需要在左边加砝码,故该假设错误;
(2)当B的方向垂直纸面向里,开始线圈所受安培力的方向向下,电流方向相反,则安培力方向反向,变为竖直向上,相当于右边少了两倍的安培力大小,所以需要在右边加砝码.则有mg=2NBIL,所以:
故答案为:里;
解析
解:(1)假设B的方向垂直纸面向外,开始线圈所受安培力的方向向上,电流方向相反,则安培力方向反向,变为竖直向下,相当于右边多了两倍的安培力大小,所以需要在左边加砝码,故该假设错误;
(2)当B的方向垂直纸面向里,开始线圈所受安培力的方向向下,电流方向相反,则安培力方向反向,变为竖直向上,相当于右边少了两倍的安培力大小,所以需要在右边加砝码.则有mg=2NBIL,所以:
故答案为:里;
在图中,标出了磁场B的方向,电荷的运动方向,试标出洛仑兹力的方向.
正确答案
解:根据左手定则得,A图中正电荷向右运动进入向里的磁场中,根据左手定则可得洛伦兹力方向竖直向上,B图中根据左手定则可得洛伦兹力方向竖直向下,C图负电荷向右运动,产生的电流的方向向左,根据左手定则可得洛伦兹力方向竖直向上.
在图中,标出洛仑兹力的方向如图.
答:洛伦兹力的方向如图
解析
解:根据左手定则得,A图中正电荷向右运动进入向里的磁场中,根据左手定则可得洛伦兹力方向竖直向上,B图中根据左手定则可得洛伦兹力方向竖直向下,C图负电荷向右运动,产生的电流的方向向左,根据左手定则可得洛伦兹力方向竖直向上.
在图中,标出洛仑兹力的方向如图.
答:洛伦兹力的方向如图
如图所示,一根光滑绝缘杆MN在竖直面内与水平面夹角为37°,放在一个范围较大的磁感应强度为B的匀强磁场中,磁场方向与杆垂直.质量为m的带电环沿杆下滑到P处时,向上拉杆的力大小为0.4mg,若环带的电荷量为q,问环带什么电?它滑到P处时的速度多大?在何处环与杆无相互作用?
正确答案
解:
(1)小环下滑时所受的洛伦兹力总是垂直于细杆方向的,只有垂直杆向上才可能使小环向左上方拉杆,由左手定则可判定小环带负电.
(2)小环运动到P处时,受重力mg、洛伦兹力F、杆的弹力T,如图所示.在垂直于杆的方向上,小环受重力的分力F2、杆的拉力T和洛伦兹力F互相平衡:F=T+F2
即:Bqυ=T+mgcos37°
代入数据解得环滑到P点的速度为:υ=;
(3)由受力分析可知,当洛伦兹力F=mgcos37°时,环与杆之间无挤压,设此时环的速度为υ′,则:Bqυ′=0.8mg
υ′=
因为υ′<υ,易知这个位置在P上边某点Q处.令QP=s,因本题中洛伦兹力的变化没有影响小环沿光滑杆下滑的匀加速运动的性质,故有:
υ2=(υ′)2+2as,
即()2-(
)2=2gs•sin37°
所以s=;
答:(1)小环带的是负电;
(2)小环滑到P处时速度为;
(3)在离P点 远处,小环与细杆之间没有挤压.
解析
解:
(1)小环下滑时所受的洛伦兹力总是垂直于细杆方向的,只有垂直杆向上才可能使小环向左上方拉杆,由左手定则可判定小环带负电.
(2)小环运动到P处时,受重力mg、洛伦兹力F、杆的弹力T,如图所示.在垂直于杆的方向上,小环受重力的分力F2、杆的拉力T和洛伦兹力F互相平衡:F=T+F2
即:Bqυ=T+mgcos37°
代入数据解得环滑到P点的速度为:υ=;
(3)由受力分析可知,当洛伦兹力F=mgcos37°时,环与杆之间无挤压,设此时环的速度为υ′,则:Bqυ′=0.8mg
υ′=
因为υ′<υ,易知这个位置在P上边某点Q处.令QP=s,因本题中洛伦兹力的变化没有影响小环沿光滑杆下滑的匀加速运动的性质,故有:
υ2=(υ′)2+2as,
即()2-(
)2=2gs•sin37°
所以s=;
答:(1)小环带的是负电;
(2)小环滑到P处时速度为;
(3)在离P点 远处,小环与细杆之间没有挤压.
扫码查看完整答案与解析