- 运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力
- 共2261题
(2015秋•无锡期中)如图所示,在倾角为α的光滑斜面上,垂直纸面放置一根长为L、质量为m的直导体棒,导体棒中通有大小为I、方向垂直纸面向里的电流,欲使导体棒静止在斜面上,可以施加方向垂直于导体棒的匀强磁场.求:
(1)若匀强磁场的方向在竖直方向,则磁场方向是向上还是向下?磁感应强度B1为多大?
(2)若导体棒与斜面间无挤压,则施加的磁场方向如何?则磁感应强度B2为多大?
(3)沿什么方向施加匀强磁场可使磁感应强度最小?最小值B3为多少?
正确答案
解:(1)若匀强磁场的方向在竖直方向,根据左手定则可知,磁场的方向竖直向上,安培力的方向水平向右,
由 BIL=mg tanα,得B=
(2)若导体棒与斜面间无挤压,则安培力的方向向上,根据左手定则可知,施加的磁场方向方向水平向左
由BIL=mg 得
(3)根据分力与合力之间的关系可知,安培力的方向沿斜面向上时,安培力最小,此时的磁感应强度最小,根据左手定则可知磁场的方向垂直斜面向上
由 BIL=mg sinα,得B=
答:(1)若匀强磁场的方向在竖直方向,则磁场方向向上,磁感应强度为;
(2)若导体棒与斜面间无挤压,则施加的磁场方向水平向左,则磁感应强度为;
(3)沿垂直斜面向上方向施加匀强磁场可使磁感应强度最小,最小为
解析
解:(1)若匀强磁场的方向在竖直方向,根据左手定则可知,磁场的方向竖直向上,安培力的方向水平向右,
由 BIL=mg tanα,得B=
(2)若导体棒与斜面间无挤压,则安培力的方向向上,根据左手定则可知,施加的磁场方向方向水平向左
由BIL=mg 得
(3)根据分力与合力之间的关系可知,安培力的方向沿斜面向上时,安培力最小,此时的磁感应强度最小,根据左手定则可知磁场的方向垂直斜面向上
由 BIL=mg sinα,得B=
答:(1)若匀强磁场的方向在竖直方向,则磁场方向向上,磁感应强度为;
(2)若导体棒与斜面间无挤压,则施加的磁场方向水平向左,则磁感应强度为;
(3)沿垂直斜面向上方向施加匀强磁场可使磁感应强度最小,最小为
(2015秋•宜兴市校级期末)在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中,有一倾角为θ,足够长的光滑绝缘斜面,磁感应强度为B,方向垂直纸面向外,电场方向竖直向上.有一质量为m,带电荷量为+q的小球静止在斜面顶端,这时小球对斜面的正压力恰好为零,如图,若迅速把电场方向反转成竖直向下.求:
(1)小球能在斜面上连续滑行多远?
(2)所用时间是多少?
正确答案
解:(1)由静止可知:qE=mg
当小球恰好离开斜面时,对小球受力分析,受竖直向下的重力、电场力和垂直于斜面向上的洛伦兹力,此时在垂直于斜面方向上合外力为零.
则有:(qE+mg)cosθ=qvB
由动能定理得:(qE+mg)sinθ•x=mv2
解得:x=
(2)对小球受力分析,在沿斜面方向上合力为(qE+mg)sinθ,且恒定,故沿斜面方向上做匀加速直线运动.由牛顿第二定律得:
(qE+mg)sinθ=ma
得:a=2gsinθ
由x=at2
得:t=
答:(1)小球能在斜面上滑行距离为;
(2)小球在斜面上滑行时间是.
解析
解:(1)由静止可知:qE=mg
当小球恰好离开斜面时,对小球受力分析,受竖直向下的重力、电场力和垂直于斜面向上的洛伦兹力,此时在垂直于斜面方向上合外力为零.
则有:(qE+mg)cosθ=qvB
由动能定理得:(qE+mg)sinθ•x=mv2
解得:x=
(2)对小球受力分析,在沿斜面方向上合力为(qE+mg)sinθ,且恒定,故沿斜面方向上做匀加速直线运动.由牛顿第二定律得:
(qE+mg)sinθ=ma
得:a=2gsinθ
由x=at2
得:t=
答:(1)小球能在斜面上滑行距离为;
(2)小球在斜面上滑行时间是.
(2016春•海淀区校级月考)如图所示,长L的丝线的一端固定,另一端栓一带正电的小球,小球质量为m,带电量为q,使丝线与竖直方向成θ角,由静止释放小球,小球运动的空间有方向垂直纸面向里的匀强磁场,磁感应强度为B,求:
(1)小球通过最低点速度大小.
(2)小熊每次运动到最低点时,丝线的拉力大小.
正确答案
解:(1)小球运动过程中,受重力、拉力和洛伦兹力,只有重力做功,机械能守恒,故:
mgL(1-cosθ)=mv2
解得:
v=
(2)在最低点,合力提供向心力,讨论如下:
1、向左经过最低点时,洛伦兹力向下,故:
T-mg-qvB=m
解得:
T=3mg-2mgcosθ+qB;
2、向右经过最低点时,洛伦兹力向上,故:
T-mg+qvB=m
解得:
T=3mg-2mgcosθ-qB;
答:(1)小球通过最低点速度大小为.
(2)小球向右运动到最低点时,丝线的拉力大小为3mg-2mgcosθ-qB;
小球向左运动到最低点时,丝线的拉力大小为3mg-2mgcosθ+qB;
解析
解:(1)小球运动过程中,受重力、拉力和洛伦兹力,只有重力做功,机械能守恒,故:
mgL(1-cosθ)=mv2
解得:
v=
(2)在最低点,合力提供向心力,讨论如下:
1、向左经过最低点时,洛伦兹力向下,故:
T-mg-qvB=m
解得:
T=3mg-2mgcosθ+qB;
2、向右经过最低点时,洛伦兹力向上,故:
T-mg+qvB=m
解得:
T=3mg-2mgcosθ-qB;
答:(1)小球通过最低点速度大小为.
(2)小球向右运动到最低点时,丝线的拉力大小为3mg-2mgcosθ-qB;
小球向左运动到最低点时,丝线的拉力大小为3mg-2mgcosθ+qB;
如图所示,带电荷量为+Q的带电小球P串在足够长的杆MN上,MN与水平面成的夹用为θ,小球与MN间的动摩擦因数为μ,小球P从静止开始释放,空间存在正交的匀强电场和匀强磁扬,电场方向垂直MN向右、场强大小为E,磁场的磁感应强度大小为B,方向垂直于MN.求小球运动过程中的最大速度.
正确答案
解:当磁场垂直纸面向里时,当重力沿斜面的分力等于摩擦力时,速度达到最大,故有:
mgsinθ=μ(mgcosθ+qE+qvB)
解得:
当磁场垂直于磁场向外时,有:mgsinθ=μ(qvB-mgcosθ-qE)
解得:
答:小球运动过程中的最大速度或者
解析
解:当磁场垂直纸面向里时,当重力沿斜面的分力等于摩擦力时,速度达到最大,故有:
mgsinθ=μ(mgcosθ+qE+qvB)
解得:
当磁场垂直于磁场向外时,有:mgsinθ=μ(qvB-mgcosθ-qE)
解得:
答:小球运动过程中的最大速度或者
如图所示,一根足够长的光滑绝缘杆MN,与水平面夹角为37°,固定在竖直平面内,垂直纸面向里的匀强磁场B充满杆所在的空间,杆与B垂直,质量为m的带电小环沿杆下滑到图中的P处时,对杆有垂直杆向上的拉力作用,拉力大小为0.4mg,已知小环的带电荷量为q,问(sin37°≈0.6;cos37°≈0.8)
(1)小环带什么电?
(2)小环滑到P处时的速度多大?
正确答案
解:(1)环所受洛伦兹力与杆垂直,只有洛伦兹力垂直于杆向上时,才能使环向上拉杆,由左手定则可知环带负电.
(2)设杆拉住环的力为T,由题可知:T=0.4mg
在垂直杆的方向上对环有:qvB=T+mgcos37°
即qvB=0.4mg+0.8mg
解得:
答:(1)小环带负电;(2)小环滑到P处时的速度为:.
解析
解:(1)环所受洛伦兹力与杆垂直,只有洛伦兹力垂直于杆向上时,才能使环向上拉杆,由左手定则可知环带负电.
(2)设杆拉住环的力为T,由题可知:T=0.4mg
在垂直杆的方向上对环有:qvB=T+mgcos37°
即qvB=0.4mg+0.8mg
解得:
答:(1)小环带负电;(2)小环滑到P处时的速度为:.
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