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题型:简答题
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简答题

在磁感应强度是4.0×10-2 T的匀强磁场中,有一条与磁场方向垂直的导线ab,导线长为8 cm,通有2.5 A的电流,方向由a到b,如图所示.试求导线所受安培力的大小和方向.

正确答案

8×10-3 N 垂直纸面向里

根据安培力的公式,

F=BIL=4.0×10-2×2.5×8×10-2 N=8×10-3 N

根据左手定则,可判得安培力的方向垂直纸面向里.

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简答题

如图所示,固定不动的绝缘直导线mn和可以自由移动的矩形线框abcd位于同一水平面内,mn与ad、bc边平行且离ad边较近.当导线mn中通入向上的电流,线框中通入顺时针方向的电流时,线框将向___________运动.(填“左”“右”“上”或“下”中的一个)

正确答案

线框ab、dc两边所受的磁场力大小相等、方向相反,彼此平衡.ad边的电流和直线电流方向相同,所以相互吸引,bc边的电流和直线电流方向相反,所以相互排斥,即ad、bc两边受到的磁场力方向都向右,线框将向右运动.

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题型:简答题
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简答题

长为L的平行金属板水平放置,两极板带等量的异种电荷,板间形成匀强电场,平行金属板的右侧有如下图所示的匀强磁场。一个带电为+q、质量为m的带电粒子,以初速v0紧贴上板垂直于电场线方向进入该电场,刚好从下板边缘射出,射出时末速度恰与下板成30o角,出磁场时刚好紧贴上板右边缘,不计粒子重力,求:

小题1:两板间的距离;

小题2:匀强电场的场强与匀强磁场的磁感应强度。

正确答案

小题1:

小题2:  

(1)带电粒子在电场中受到电场力的作用发生偏转,做类平抛运动。

竖直方向:离开电场时的速度vy=v0tan30°(1分)粒子发生偏转的位移(1分)

水平方向:粒子匀速运动的时间(1分)联立以上几式解得,(1分)

(2)在电场中粒子受到电场力,由牛顿第二定律得,qE=ma(1分)

根据运动学公式有,vy=at(1分)又因为粒子运动时间t=,所以(1分)

带电粒子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,即:(1分)

粒子离开电场时的速度(1分)

粒子在磁场中的运动轨迹如右图所示(1分)

由几何关系得,(1分)解得,(1分)

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题型:简答题
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简答题

正粒子(不计重力)从坐标原点O沿y轴正方向射入磁场,若要粒子垂直打在屏MN上.求:

①粒子从原点射入时的速度v;

②粒子从射入磁场到垂直打在屏MN上所需时间t.

正确答案

(1)        (2)

(1)要使粒子垂直打在屏MN上,则有

  S=2nR+R(n=0,1,2……)  ①  Bqv=m  ②

  由①②得v=(n=0,1,2……)  ③

  (2)粒子在磁场中运动的时间为t1,则

  t1T+T(n=0,1,2……)  ④  T=  ⑤

  由④、⑤式,得t1(n=0,1,2……)

  粒子在电场中运动的时间为t2,则t2=2n  ⑥  Eq=ma  ⑦

  由③⑥⑦三式,得  t2(n=0,1,2……)

  ∴粒子运动的总时间为:t=t1+t2(n=0,1,2……)

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题型:简答题
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简答题

质量为m、带电荷量为q的粒子,在磁感应强度为B的匀强磁场中做匀速圆周运动,其圆周半径为r,则表示这个带电粒子运动而形成的环形电流的大小为_________________.

正确答案

带电粒子的周期T=,电流I==.

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题型:简答题
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简答题

如图所示,在水平放置的平行导轨上,有一导体棒ab可在导轨上无摩擦滑动,闭合开关S时,ab棒将向______________运动;要维持ab棒不动,则加于ab棒的外力方向应为_______________.

正确答案

右左

闭合开关后,ab中的电流方向是从b到a,由左手定则可判得ab棒所受的安培力方向向右,故棒将向右运动.要维持棒静止不动,应沿向左的方向施加外力.

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题型:填空题
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填空题

如图所示,质量为m的带正电小球套在竖直的绝缘杆上并能沿杆竖直下滑,匀强磁场的磁感应强度大小为B方向水平,并与小球运动方向垂直。若小球的电荷量为q,球与杆间的动摩擦因数为µ,设竖直绝缘杆足够长,则小球由静止释放后的最大加速度=______,下滑的最大速度= _______  

正确答案

g   、 

小球在下滑过程中,根据左手定则可得小球受到水平向左的洛伦兹力,在下滑过程中竖直方向受到竖直向下的重力,竖直向上的摩擦力,因为随着速度的增大,洛伦兹力在增大,又因为杆对小球的支持力N=F,所以支持力在增大即球对杆的压力在增大,因为滑动摩擦力,所以滑动摩擦力在增大,即在开始阶段,且在增加,小球做加速度减小的加速度运动,当时,加速度为零,即速度达到最大,当时,小球做加速度增加的减速运动,所以过程中加速度最大时即为刚释放小球时,加速度为g,当时速度达到最大,即所以

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题型:简答题
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简答题

如图15-5-25所示,一半径为R的绝缘圆筒中有沿轴线方向的匀强磁场,磁感应强度为B,一质量为m、带电荷量为q的正粒子(不计重力)以速度为v从筒壁的A孔沿半径方向进入筒内,设粒子和筒壁的碰撞无电荷量和能量的损失,那么要使粒子与筒壁连续碰撞,绕筒壁一周时恰好又从A孔射出,问:

图15-5-25

(1)磁感应强度B的大小必须满足什么条件?

(2)粒子在筒中运动的时间为多少?

正确答案

(1)B=(n=3,4,5,…)

(2)  (n=3,4,5,…)

(1)粒子射入圆筒后受洛伦兹力作用而偏转,设第一次与B点碰撞,碰后速度方向又指向O点,假设粒子与筒壁撞n-1次,运动轨迹是n段相等的圆弧,再从A孔射出.

设第一段圆弧的圆心为O′,半径为r,如图所示(n=3的情景),

则θ=2π/2n=π/n

由几何关系有:r=Rtan

又r=mv/Bq,故

B=(n=3,4,5,…).

(2)粒子运动的周期T=

所对的圆心角φ=2(-θ)=

粒子从A→B用的时间

t′=

粒子运动的总时间

t=nt′= (n=3,4,5,…).

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题型:填空题
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填空题

如图说是,电子以大小为3.0* m/s的速度垂直磁场射入到大小为B=0.1T的匀强磁场中,它受到的洛伦磁力大小为_______ N,受到的洛伦磁力方向_______ (向上或向下)。(电子的电量为

正确答案

; 向上

试题分析:洛伦兹力的大小由求出,判断洛伦兹力的方向用左手定则判断,伸开左手,使拇指与其余四指垂直,并且与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电荷的运动方向,这时拇指所指的方向就是运动电荷所受洛伦兹力的方向.

洛伦兹力的大小由,根据根据左手定则,四指与正电荷的运动方向相同,与负电荷的运动方向相反,知洛伦兹力方向向上。

点评:解决本题的关键掌握用左手定则判定洛伦兹力的方向,伸开左手,使拇指与其余四指垂直,并且与手掌在同一个平面内;让磁感线从掌心进入,并使四指指向正电荷的运动方向,这时拇指所指的方向就是运动电荷所受洛伦兹力的方向.

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题型:简答题
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简答题

如图为一种质谱仪工作原理示意图.在以O为圆心,OH为对称轴,夹角为2α的扇形区域内分布着方向垂直于纸面的匀强磁场.对称于OH轴的C和D分别是离子发射点和收集点.CM垂直磁场左边界于M,且OM=d.现有一正离子束以小发散角(纸面内)从C射出,这些离子在CM方向上的分速度均为v0.若该离子束中比荷为的离子都能汇聚到D,试求:

(1)磁感应强度的大小和方向(提示:可考虑沿CM方向运动的离子为研究对象);

(2)离子沿与CM成θ角的直线CN进入磁场,其轨道半径和在磁场中的运动时间;

(3)线段CM的长度.

正确答案

见解析

(1)设沿CM方向运动的离子在磁场中做圆周运动的轨道半径为R

由 

B

磁场方向垂直纸面向外

(2)设沿CN运动的离子速度大小为v,在磁场中的轨道半径为R′,运动时间为t

vcosθ=v0              

v

R=

=

方法一:

设弧长为s

t=

s=2(θ+αR

t=

方法二:

离子在磁场中做匀速圆周运动的周期T

t=×

=

(3)

 方法一:

CM=MNcotθ

=

′=

以上3式联立求解得

CM=dcotα

方法二:

设圆心为A,过AAB垂直NO

可以证明NMBO

NM=CMtanθ

又∵BO=ABcotα

=R′sinθcotα

=

CM=dcotα

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