- 磁场对运动电荷的作用
- 共2267题
如图所示,PQ为一根足够长的绝缘细直杆,处于竖直的平面内,与水平夹角为θ斜放,空间充满磁感应强度B的匀强磁场,方向水平向里.一个质量为m,电荷量为-q的带电小球穿在PQ杆上,小球可沿杆滑动,球与杆之间的动摩擦系数为μ(μ<tanθ).现将小球由静止释放,试求小球在沿杆下滑过程中:
(1)小球最大加速度为多少?此时小球的速度是多少?
(2)下滑过程中,小球可达到的最大速度为多大?
正确答案
解:(1)当小球所受的洛伦兹力小于重力垂直杆向下的分力,小球向下做加速运动,洛伦兹力逐渐增大,支持力和滑动摩擦力逐渐减小,合力增大,加速度增大.当洛伦兹力大于重力垂直杆的分力时,杆对小球的支持力方向变为垂直于杆向下,速度增大,滑动摩擦力增大,合力减小,加速度减小,则当洛伦兹力等于于重力垂直杆向下的分力时,支持力和摩擦力为零,合力最大,加速度最大,根据牛顿第二定律得:mgsinθ=mam,
得到最大加速度为:am=gsinθ
由mgcosθ=qvB得:v=
(2)当洛伦兹力大于重力垂直杆的分力,小球做匀速直线运动时,速度最大,由平衡条件得:
mgsinθ=μ(qvmB-mgcosθ)
解得,最大速度为:vm=
答:(1)小球最大加速度为gsinθ,此时小球的速度是.
(2)下滑过程中,小球可达到的最大速度为.
解析
解:(1)当小球所受的洛伦兹力小于重力垂直杆向下的分力,小球向下做加速运动,洛伦兹力逐渐增大,支持力和滑动摩擦力逐渐减小,合力增大,加速度增大.当洛伦兹力大于重力垂直杆的分力时,杆对小球的支持力方向变为垂直于杆向下,速度增大,滑动摩擦力增大,合力减小,加速度减小,则当洛伦兹力等于于重力垂直杆向下的分力时,支持力和摩擦力为零,合力最大,加速度最大,根据牛顿第二定律得:mgsinθ=mam,
得到最大加速度为:am=gsinθ
由mgcosθ=qvB得:v=
(2)当洛伦兹力大于重力垂直杆的分力,小球做匀速直线运动时,速度最大,由平衡条件得:
mgsinθ=μ(qvmB-mgcosθ)
解得,最大速度为:vm=
答:(1)小球最大加速度为gsinθ,此时小球的速度是.
(2)下滑过程中,小球可达到的最大速度为.
做出图中正电荷在磁场中受到的洛伦磁力的方向.
正确答案
解:由左手定则可知,正电荷的速度方向水平向右,因此手掌向外,四指水平向右,则大拇指向为洛伦兹力方向,即为竖直向上;
答:如上图所示.
解析
解:由左手定则可知,正电荷的速度方向水平向右,因此手掌向外,四指水平向右,则大拇指向为洛伦兹力方向,即为竖直向上;
答:如上图所示.
如图所示,有一带点粒子质量为m,电荷量为q,速率为v,匀强磁场磁感应强度为B,B与v垂直,那么,该粒子做圆周运动的周期和半径分别是多少?
正确答案
解:(1)洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律有:
qvB=m
得:r=
(2)运动的周期为:T=
代入r得:T=
答:(1)运动半径r的表达式为r=;
(2)运动周期T的表达式为T=.
解析
解:(1)洛伦兹力提供向心力,根据牛顿第二定律有:
qvB=m
得:r=
(2)运动的周期为:T=
代入r得:T=
答:(1)运动半径r的表达式为r=;
(2)运动周期T的表达式为T=.
如图,在倾角为θ的光滑绝缘长斜面上有两个叠放的小滑块P和Q,质量分别为m1和m2,P的上表面水平,小滑块P带电荷量为-q,Q是不带电的绝缘滑块,空间存在垂直纸面向里、磁感应强度为B的匀强磁场.现在给P,Q一沿斜面向上的初速度v0,P、Q始终一起运动,求:
(1)P、Q在斜面上一起运动过程中P、Q间的摩擦力;
(2)P、Q在斜面上的运动路程.
正确答案
解:(1)对P、Q系统,由牛顿第二定律得:a==gsinθ,
对Q,在水平方向,由牛顿第二定律得:f=m2ax,
Q水平方向的加速度:ax=acosθ=gsinθcosθ,
P、Q间的摩擦力:f=m2gsinθcosθ;
(2)P、Q一起向上做匀减速直线运动,
向上运动的位移:s==
;
答:(1)P、Q在斜面上一起运动过程中P、Q间的摩擦力为m2gsinθcosθ;
(2)P、Q在斜面上的运动路程为.
解析
解:(1)对P、Q系统,由牛顿第二定律得:a==gsinθ,
对Q,在水平方向,由牛顿第二定律得:f=m2ax,
Q水平方向的加速度:ax=acosθ=gsinθcosθ,
P、Q间的摩擦力:f=m2gsinθcosθ;
(2)P、Q一起向上做匀减速直线运动,
向上运动的位移:s==
;
答:(1)P、Q在斜面上一起运动过程中P、Q间的摩擦力为m2gsinθcosθ;
(2)P、Q在斜面上的运动路程为.
如图所示是电子射线管的示意图.接通电源后,电子射线由阴极沿x轴正方向射出,在荧光屏上会看到一条亮线.要使荧光屏上的亮线向上(z轴正方向)偏转,在下列措施中可采用的是______(填选项代号).
A.加一沿y轴正方向的磁场
B.加一沿y轴负方向的磁场
C.加一沿z轴正方向的磁场
D.加一沿z轴负方向的磁场.
正确答案
解:A、若加一沿y轴正方向的磁场,根据左手定则,洛伦兹力方向沿z轴负方向,亮线向下偏转,故A错误.
B、若加一沿y轴负方向的磁场,根据左手定则,洛伦兹力方向沿z轴正方向,亮线向上偏转,故B正确.
C、若加一沿z轴正方向的磁场,电子不受磁场力作用,亮线不偏转,故C错误.
D、若加一沿z轴负方向的磁场,电子不受磁场力作用,亮线不偏转,故D错误.
故选B.
解析
解:A、若加一沿y轴正方向的磁场,根据左手定则,洛伦兹力方向沿z轴负方向,亮线向下偏转,故A错误.
B、若加一沿y轴负方向的磁场,根据左手定则,洛伦兹力方向沿z轴正方向,亮线向上偏转,故B正确.
C、若加一沿z轴正方向的磁场,电子不受磁场力作用,亮线不偏转,故C错误.
D、若加一沿z轴负方向的磁场,电子不受磁场力作用,亮线不偏转,故D错误.
故选B.
质量m=1.0×10-4kg的小物体,带有q=5×10-4C的电荷,放在倾角为37°绝缘光滑斜面上,整个斜面置于B=0.5T的匀强磁场中,磁场方向如图所示,物块由静止下滑,滑到某一位置时,开始离开斜面,斜面足够长,g=10m/s2,sin37°=0.6,cos37°=0.8求:
(1)物块带何种电荷;
(2)物块离开斜面时的速度;
(3)物块在斜面上滑行的最大距离.
正确答案
解:(1)由题意可知:小滑块受到的安培力垂直斜面向上.
根据左手定则可得:小滑块带负电.
(2)当物体离开斜面时,弹力为零,因此有:Bqv=mgcosα,
故.
故物块离开斜面时的速度为3.2m/s.
(3)由于斜面光滑,物体在离开斜面之前一直做匀加速直线运动,故有:
v2=2al
mgsinθ=ma
所以代人数据解得:l≈0.85m.
故物块在斜面上滑行的最大距离为:l≈0.85m.
解析
解:(1)由题意可知:小滑块受到的安培力垂直斜面向上.
根据左手定则可得:小滑块带负电.
(2)当物体离开斜面时,弹力为零,因此有:Bqv=mgcosα,
故.
故物块离开斜面时的速度为3.2m/s.
(3)由于斜面光滑,物体在离开斜面之前一直做匀加速直线运动,故有:
v2=2al
mgsinθ=ma
所以代人数据解得:l≈0.85m.
故物块在斜面上滑行的最大距离为:l≈0.85m.
画出图中的电荷所受洛伦磁力的方向
正确答案
解:1.由左手定则可知,正电荷的速度方向水平向右,因此手掌向外,四指水平向右,则大拇指向为洛伦兹力方向,即为竖直向上;
2.由左手定则可知,正电荷的速度方向水平向右,因此手掌向下,四指水平向右,则大拇指向为洛伦兹力方向,即为水平向外.
答:如上图所示
解析
解:1.由左手定则可知,正电荷的速度方向水平向右,因此手掌向外,四指水平向右,则大拇指向为洛伦兹力方向,即为竖直向上;
2.由左手定则可知,正电荷的速度方向水平向右,因此手掌向下,四指水平向右,则大拇指向为洛伦兹力方向,即为水平向外.
答:如上图所示
有一匀强磁场,磁感应强度大小为1.2T,方向由南指向北,如有一质子沿竖直向下的方向进入磁场,磁场作用在质子上的力为9.6×10-14N,则质子射入时速度为多大?将在磁场中向哪个方向偏转?
正确答案
解:质子所受洛伦兹力大小为:F=qvB,由此得:m/s
根据左手定则可知:质子在磁场中将向西偏转.
答:质子射入时速度为5×105m/s,在磁场中向西偏转.
解析
解:质子所受洛伦兹力大小为:F=qvB,由此得:m/s
根据左手定则可知:质子在磁场中将向西偏转.
答:质子射入时速度为5×105m/s,在磁场中向西偏转.
如图所示,在光滑的绝缘水平面上,有直径相同的两个金属球a和b,质量分别为ma=2m,mb=m,b球带正电荷2q,静止在磁感强度为B的匀强磁场中.原来不带电的a球以速度V0进入磁场与b球发生正碰.若碰后b球对桌面压力恰好为零,求a球对桌面压力是多大?
正确答案
解:a球匀速进入磁场与b球相碰,满足动量守恒,且碰后a、b的带电量均为q,设碰后a、b的速度分别为va,vb,规定向右为正方向,依动量守恒定律有:
mav0=mava+mbvb
对b球:qBvb=mbg
ma=2mb=2m
解得:va=v0-
对球a:FN=mag-qBva=mg-qv0B
由牛顿第三定律有:FN=-F′N
故a球对水平面的压力为mg-qv0B
答:碰后a对水平地面的压力为mg-qv0B.
解析
解:a球匀速进入磁场与b球相碰,满足动量守恒,且碰后a、b的带电量均为q,设碰后a、b的速度分别为va,vb,规定向右为正方向,依动量守恒定律有:
mav0=mava+mbvb
对b球:qBvb=mbg
ma=2mb=2m
解得:va=v0-
对球a:FN=mag-qBva=mg-qv0B
由牛顿第三定律有:FN=-F′N
故a球对水平面的压力为mg-qv0B
答:碰后a对水平地面的压力为mg-qv0B.
如图所示,水平传送带以恒定速度5m/s沿图示方向运动,地面上PQ区间有垂直纸面向里的匀强磁场,B=1T,一质量为0.01kg的带正电0.05C的小物体从磁场左方某处无初速释放到传送带上,若物体与传送带间的动摩擦因数μ=0.2,那么,欲使小物体能匀速通过磁场区域,它释放时离磁场左边界P的距离应为多大?(g取10m/s2)
正确答案
解:若使小物体能匀速通过磁场区域,须使摩擦力为零,
即Bqv=mg,即v=2 m/s.
由动能定理μmgs=mv2
解得s=1 m.
答:它释放时离磁场左边界P的距离应为1m.
解析
解:若使小物体能匀速通过磁场区域,须使摩擦力为零,
即Bqv=mg,即v=2 m/s.
由动能定理μmgs=mv2
解得s=1 m.
答:它释放时离磁场左边界P的距离应为1m.
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