- 运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力
- 共2261题
某正电荷,电量q=1.6×10-19C,以速度v=3.5×106m/s垂直进入磁场,此时电荷所受的洛伦兹力为f=2.18×10-12N,求该点磁感应强度B的大小.
正确答案
解:粒子垂直进入磁场,由F=qvB得:
T
答:该磁场的磁感应强度是3.9T.
解析
解:粒子垂直进入磁场,由F=qvB得:
T
答:该磁场的磁感应强度是3.9T.
已知一质量为m,电量为q的小球在离地面h处从静止开始下落,为使小球始终不会和地面相碰,可设想在它开始下落时就加上一个足够强的水平匀强磁场,试求该磁场磁感应强度的最小可取值.
正确答案
解:将小球的初速度分解为垂直磁场方向的两个相反分速度,其中一个分运动产生的洛伦兹力与重力平衡,是匀速直线运动,故:
qvB=mg
另外一个分运动产生的洛伦兹力提供向心力,是匀速圆周运动,故:
qvB=m
联立解得:
R=
实际运动是两个分运动的合运动,故下降的最低点等于圆周运动分运动的直径,为:
h=2R=
故:
B=
答:该磁场磁感应强度的最小可取值为.
解析
解:将小球的初速度分解为垂直磁场方向的两个相反分速度,其中一个分运动产生的洛伦兹力与重力平衡,是匀速直线运动,故:
qvB=mg
另外一个分运动产生的洛伦兹力提供向心力,是匀速圆周运动,故:
qvB=m
联立解得:
R=
实际运动是两个分运动的合运动,故下降的最低点等于圆周运动分运动的直径,为:
h=2R=
故:
B=
答:该磁场磁感应强度的最小可取值为.
如图,一根绝缘细杆固定在磁感应强度为B的水平匀强磁场中,杆和磁场垂直,与水平方向成θ角.杆上套一个质量为m、电量为+q的小球.小球与杆之间的动摩擦因数为μ.从A点开始由静止释放小球,使小球沿杆向下运动.设磁场区域很大,杆很长.已知重力加速度为g.求:
(1)定性分析小球运动的加速度和速度的变化情况;
(2)小球在运动过程中最大加速度的大小;
(3)小球在运动过程中最大速度的大小.
正确答案
解:(1)由于洛伦兹力作用下,导致压力减小,则滑动摩擦力也减小,所以加速度增加,当洛伦兹力大于重力的垂直于杆的分力时,导致滑动摩擦力增大,从而出现加速度减小,直到处于受力平衡,达到匀速直线运动.
因此小球先做加速度增大的加速运动,再做加速度减小的加速运动,最后做匀速直线运动.
(2)当杆对小球的弹力为零时,小球加速度最大.
小球受力如图1所示
根据牛顿第二定律 mgsinθ=ma
解得:a=gsinθ
(3)当小球所受合力为零时,速度最大,设最大速度为vm
小球受力如图2所示
根据平衡条件 qvmB=N+mgcosθ
mgsinθ=f
滑动摩擦力 f=μN
解得:
答:(1)先做加速度增大的加速运动,再做加速度减小的加速运动,最后做匀速直线运动;
(2)小球在运动过程中最大加速度的大小gsinθ;
(3)小球在运动过程中最大速度的大小为 .
解析
解:(1)由于洛伦兹力作用下,导致压力减小,则滑动摩擦力也减小,所以加速度增加,当洛伦兹力大于重力的垂直于杆的分力时,导致滑动摩擦力增大,从而出现加速度减小,直到处于受力平衡,达到匀速直线运动.
因此小球先做加速度增大的加速运动,再做加速度减小的加速运动,最后做匀速直线运动.
(2)当杆对小球的弹力为零时,小球加速度最大.
小球受力如图1所示
根据牛顿第二定律 mgsinθ=ma
解得:a=gsinθ
(3)当小球所受合力为零时,速度最大,设最大速度为vm
小球受力如图2所示
根据平衡条件 qvmB=N+mgcosθ
mgsinθ=f
滑动摩擦力 f=μN
解得:
答:(1)先做加速度增大的加速运动,再做加速度减小的加速运动,最后做匀速直线运动;
(2)小球在运动过程中最大加速度的大小gsinθ;
(3)小球在运动过程中最大速度的大小为 .
如图所示,一质量为m,带电荷量为+q的小物体,在水平方向的匀强磁场B中,从倾角为θ的绝缘光滑足够长的斜面上由静止开始下滑,求:
(1)此物体在斜面Q上运动的最大速度.
(2)此物体在斜面上运动的距离.
(3)此物体在斜面上运动的时间.
正确答案
解:以小球为研究对象,分析其受力情况:小球受重力、斜面支持力及洛伦兹力作用,沿斜面方向上;
(1)根据牛顿第二定律,有:mgsinθ=ma;
在垂直于斜面方向上,有:FN+Ff洛=mgcosθ;
由Ff洛=qυB,知Ff洛随着小球运动速度的增大而增大.
当Ff洛增大到使FN=0时,小球将脱离斜面,此时Ff洛=qυmB=mgcosθ.
所以:υm=,此即为小球在斜面上运动速度的最大值.
(2)小球在斜面上匀加速运动的最大距离为:
s==
=
.
(3)据运动学公式可得:t==
答:(1)此物体在斜面Q上运动的最大速度;
(2)此物体在斜面上运动的距离.
(3)此物体在斜面上运动的时间.
解析
解:以小球为研究对象,分析其受力情况:小球受重力、斜面支持力及洛伦兹力作用,沿斜面方向上;
(1)根据牛顿第二定律,有:mgsinθ=ma;
在垂直于斜面方向上,有:FN+Ff洛=mgcosθ;
由Ff洛=qυB,知Ff洛随着小球运动速度的增大而增大.
当Ff洛增大到使FN=0时,小球将脱离斜面,此时Ff洛=qυmB=mgcosθ.
所以:υm=,此即为小球在斜面上运动速度的最大值.
(2)小球在斜面上匀加速运动的最大距离为:
s==
=
.
(3)据运动学公式可得:t==
答:(1)此物体在斜面Q上运动的最大速度;
(2)此物体在斜面上运动的距离.
(3)此物体在斜面上运动的时间.
质量为0.1kg,带电量为2.5×10-8C的质点,置于水平的匀强磁场中,磁感应强度的方向为由南指向北,大小为0.65T,为保持此质量不下落,必须使它沿水平面运动,求它的速度.
正确答案
解:当质点带正电时,洛伦兹力与重力平衡,及其方向竖直向上,又因磁场方向由南向北,根据左手定则可知,质点的速度方向由西向东,
设其速度大小为v,则有:Bqv=mg,解得:v==6.15×10-7 m/s;
当质点带负电时,洛伦兹力与重力平衡,及其方向竖直向上,又因磁场方向由南向北,根据左手定则可知,质点的速度方向由东向西,
设其速度大小为v,则有:Bqv=mg,解得:v==6.15×10-7 m/s;
答:正电质点速度方向由西向东,负电质点速度速度方向由东向西,速度的大小均为6.15×10-7 m/s.
解析
解:当质点带正电时,洛伦兹力与重力平衡,及其方向竖直向上,又因磁场方向由南向北,根据左手定则可知,质点的速度方向由西向东,
设其速度大小为v,则有:Bqv=mg,解得:v==6.15×10-7 m/s;
当质点带负电时,洛伦兹力与重力平衡,及其方向竖直向上,又因磁场方向由南向北,根据左手定则可知,质点的速度方向由东向西,
设其速度大小为v,则有:Bqv=mg,解得:v==6.15×10-7 m/s;
答:正电质点速度方向由西向东,负电质点速度速度方向由东向西,速度的大小均为6.15×10-7 m/s.
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