- 运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力
- 共2261题
将倾角为θ的光滑绝缘斜面放置在一个足够大的、磁感应强度为B、方向垂直纸面向里的匀强磁场中.一个质量为m、带电荷量为-q的小滑块,在竖直平面内沿斜面由静止开始下滑,如图所示,问:经过多少时间,带电滑块将脱离斜面?
正确答案
解:滑块脱离斜面时的速度为v,则有:
qvB=mgcosθ ①
滑块沿斜面匀加速下滑的加速度a==gsinθ,则:
v=at②
由①②两式得 t=.
答:经过时间,带电滑块将脱离斜面.
解析
解:滑块脱离斜面时的速度为v,则有:
qvB=mgcosθ ①
滑块沿斜面匀加速下滑的加速度a==gsinθ,则:
v=at②
由①②两式得 t=.
答:经过时间,带电滑块将脱离斜面.
质量为0.1g的小物块带有5×10-4C的电荷,放在倾角为30°且足够长的光滑绝缘的斜面上,整个装置放在磁感应强度为0.5T的匀强磁场中,如图所示.物块由静止下滑,滑到某个位置时离开斜面,求:
(1)物块带何种电荷?
(2)物块刚离开斜面时的速度多大?
(3)物块从静止到刚离开斜面的过程中做什么运动,斜面至少多长?
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:qvB=mgcos30°,
故v==2
m/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,
由牛顿第二定律得:mgsin30°=ma,
由匀变速直线运的速度位移公式得:v2=2ax,
解得:x=1.2m.
答:(1)物体带负电.
(2)物体离开斜面时的速度为2m/s.
(3)物块从静止到刚离开斜面的过程中一直做匀加速直线运动,斜面至少1.2 m.
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:qvB=mgcos30°,
故v==2
m/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,
由牛顿第二定律得:mgsin30°=ma,
由匀变速直线运的速度位移公式得:v2=2ax,
解得:x=1.2m.
答:(1)物体带负电.
(2)物体离开斜面时的速度为2m/s.
(3)物块从静止到刚离开斜面的过程中一直做匀加速直线运动,斜面至少1.2 m.
如图所示,长为L的木板静止在光滑水平面上,小木块放置在木板的右端,木板和小木块的质量均为m,小木块的带电量为+q,木板不带电,小木块与木板之间的动摩擦因数为μ,整个空间存在着方向垂直纸面向里、磁感应强度大小为B的匀强磁场.现对木板施加一个方向水平向右、大小为μmg的恒力F,当作用时间为t时,小木块速度刚好达到
且正好滑至木板中央,求:
(1)t时刻时,木板的加速度大小为多少?
(2)恒力作用多长时间时,小木块和木板之间开始发生相对滑动(设最大静摩擦力等于滑动摩擦力)?
正确答案
解:(1)t时刻,小木块受到竖直向上的洛伦兹力
则有:F洛=B qv木块=mg
则小木块与木板之间无挤压,不存在摩擦力,
对木板有:F=ma木板
(2)小木块和木板之间发生相对滑动之前一起匀加速,设加速度为a,
由牛顿第二定律,则有:F=2ma
即
小木块和木板之间刚要开始发生相对滑动时,设摩擦力为fm,共同速度为v1
对小木块:fm=μ(mg-Bqv1)=ma
速度公式:v1=at1
所以
则小木块和木板之间开始发生相对滑动,恒力作用的时间:
答:(1)t时刻时,木板的加速度大小为μg;
(2)恒力作用的时间时,小木块和木板之间开始发生相对滑动.
解析
解:(1)t时刻,小木块受到竖直向上的洛伦兹力
则有:F洛=B qv木块=mg
则小木块与木板之间无挤压,不存在摩擦力,
对木板有:F=ma木板
(2)小木块和木板之间发生相对滑动之前一起匀加速,设加速度为a,
由牛顿第二定律,则有:F=2ma
即
小木块和木板之间刚要开始发生相对滑动时,设摩擦力为fm,共同速度为v1
对小木块:fm=μ(mg-Bqv1)=ma
速度公式:v1=at1
所以
则小木块和木板之间开始发生相对滑动,恒力作用的时间:
答:(1)t时刻时,木板的加速度大小为μg;
(2)恒力作用的时间时,小木块和木板之间开始发生相对滑动.
如图所示,真空中有一垂直纸面向内的匀强磁场,一根轻绳固定于场内的O点,绳的末端栓一绝缘带电小球.已知磁场的磁感应强度为B,绳长为L,小球带电荷量为+q,质量为m,让小球在图示的竖直平面呃逆摆动,绳与竖直方向的作答偏角为θ.若摆球能正常摆动,求摆球从右向左运动与从左向右运动经过最低点时,绳子的拉力之差.
正确答案
解:当摆球有左向右摆动,对其受力分析,有竖直向下的重力mg,竖直向上的绳子的拉力T和洛伦兹力qvB,有左手定则可知其方向为向上,由牛顿运动定律有:
T+qvB-mg=m
得:T=m+mg-qvB
当摆球有左向左摆动,对其受力分析,有竖直向下的重力mg,竖直向上的绳子的拉力T和洛伦兹力qvB,有左手定则可知其方向为向下,由牛顿运动定律有:
T′-qvB-mg=m
得:T′=m+mg+qvB
故拉力这差为:T′-T=2Bqv;
答:绳子的拉力之差为2Bqv.
解析
解:当摆球有左向右摆动,对其受力分析,有竖直向下的重力mg,竖直向上的绳子的拉力T和洛伦兹力qvB,有左手定则可知其方向为向上,由牛顿运动定律有:
T+qvB-mg=m
得:T=m+mg-qvB
当摆球有左向左摆动,对其受力分析,有竖直向下的重力mg,竖直向上的绳子的拉力T和洛伦兹力qvB,有左手定则可知其方向为向下,由牛顿运动定律有:
T′-qvB-mg=m
得:T′=m+mg+qvB
故拉力这差为:T′-T=2Bqv;
答:绳子的拉力之差为2Bqv.
如图,整个空间存在匀强磁场,磁感应强度方向竖直向下,水平面上O处固定一电荷量为Q(Q>0)的小球a,另一个电荷量为q(q>0)、质量为m的小球b在其上方某个水平面内做匀速圆周运动,圆心为O′.a、b间的距离为R.为了使小球能够在该圆周上运动,求磁感应强度的最小值及小球b相应的速率(静电力常量为k).
正确答案
解:据题意,小球P在水平面做匀速圆周运动,该圆周的圆心为O′.P受到向下的重力mg、a对它沿ab方向的库仑力N和磁场的洛仑兹力:f=qvB…①
式中v为小球运动的速率.洛仑兹力f的方向指向O′.
根据牛顿第二定律:cosα-mg=0…②
f-sinα=m
…③
由①②③式得:v2-v+
=0…④
由于v是实数,必须满足:△=()2-
≥0…⑤
由此得:B≥…⑥
可见,为了使小球能够在该圆周上运动,磁感应强度大小的最小值为:Bmin= …⑦
此时,带电小球做匀速圆周运动的速率为:v=…⑧
由⑦⑧式得:v=sinα
答:磁感应强度大小的最小值,小球P相应的速率
sinα.
解析
解:据题意,小球P在水平面做匀速圆周运动,该圆周的圆心为O′.P受到向下的重力mg、a对它沿ab方向的库仑力N和磁场的洛仑兹力:f=qvB…①
式中v为小球运动的速率.洛仑兹力f的方向指向O′.
根据牛顿第二定律:cosα-mg=0…②
f-sinα=m
…③
由①②③式得:v2-v+
=0…④
由于v是实数,必须满足:△=()2-
≥0…⑤
由此得:B≥…⑥
可见,为了使小球能够在该圆周上运动,磁感应强度大小的最小值为:Bmin= …⑦
此时,带电小球做匀速圆周运动的速率为:v=…⑧
由⑦⑧式得:v=sinα
答:磁感应强度大小的最小值,小球P相应的速率
sinα.
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