- 磁场对运动电荷的作用
- 共2267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.
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
右
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.
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)
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
t1=T+
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……)
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=
=
.
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.
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
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,…).
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.
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
得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
由
vcosθ=v0
得v=
R′=
=
方法一:
设弧长为s
t=
s=2(θ+α)×R′
t=
方法二:
离子在磁场中做匀速圆周运动的周期T=
t=T×
=
(3)
方法一:
CM=MNcotθ
=
R′=
以上3式联立求解得
CM=dcotα
方法二:
设圆心为A,过A做AB垂直NO,
可以证明NM=BO
∵NM=CMtanθ
又∵BO=ABcotα
=R′sinθcotα
=
∴CM=dcotα
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