- 运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力
- 共2261题
如图所示，在光滑绝缘的水平面上方，有一垂直纸面向里，磁感应强度为B的匀强磁场，水平面上，质量为m的不带电小球甲向右运动，与质量为2m，带电量为q的静止小球乙碰撞后连在一起运动，若碰撞后两球对水平面的总压力大小恰为mg，求碰前甲球的速度大小．
正确答案
如图所示，abcd是长为2L、宽为L的长方形区域，该区域内存在垂直于纸面向里匀强磁场，磁感应强度的大小为B。在ab边中点M有一粒子源，该粒子源能不断地向区域内发出质量为
(1)粒子入射的速度大小；
(2)bc边有粒子射出的宽度。
正确答案
电荷在磁场里做匀速圆周运动，洛伦兹力充当向心力，从M点垂直进入磁场的粒子到达N点，运动轨迹如图Ⅰ所示，则：
（1）…①
由几何关系： …②
得 …③ 所以：…④
（2）由于粒子的速度大小相同，所以粒子在磁场里做圆周运动的半径均为
粒子打到bc边上的最左端是粒子速度竖直向上时，如轨迹图Ⅱ，设轨迹与bc边的交点与b点的水平距离为x1
由几何关系： …⑤ 得：x1=
由图可知：x1=…⑥
粒子打到bc边上的最右端是粒子的运动轨迹与bc相切时，如轨迹图Ⅲ，设轨迹与bc边的交点与b点的水平距离为x2
由几何关系： …⑦ 得：x2=L…⑧
所以：
①②④⑤⑥⑦⑧⑩各2分 ③⑨各1分 共计18分
略
如右图所示为研究带电粒子在磁场中偏转问题的实验装置：M、N是竖直放置的两正对着的平行金属板，S1、S2是板上两个正对的小孔，其中N板的右侧有一个在竖直面内，以O为圆心的圆形区域，该区域内存在垂直圆面向外的匀强磁场，另有一个同样以O为圆心的半圆形荧光屏AO′C.已知S1、S2、O和荧光屏的中间位置O′在同一直线上，且AC⊥S1O′.当在M、N板间加恒定电压U时，一带正电离子在S1处由静止开始加速向S2孔运动，最后打在图示的荧光屏上的P处，∠COP＝30°.若要让上述带正电离子(不计重力)仍在S1处由静止开始加速，最后打在图示的荧光屏下边缘C处，求M、N板间所加电压的大小U′.
正确答案
试题分析：设离子的质量为m，电荷量为q，磁场的磁感应强度为B，所在区域的半径为R，离子加速后获得的速度为v.当电压为U时，由动能定理有
在磁场中，离子做匀速圆周运动(见右图)由牛顿定律可知
由①②式得
其中
当电压为U′时，离子打在C处，同理有
其中
由③④⑤⑥可解得
点评：考查动能定理、牛顿第二定律、运动学公式、向心力公式，注意巧用几何知识，当心运动轨迹的半径与圆形磁场的半径不能混淆，
(6分)在磁感应强度为B的匀强磁场中，垂直于磁场放入一段通电导线．若任意时刻该导线中有N个以速度v做定向移动的电荷，每个电荷的电量为q.则每个电荷所受的洛伦兹力F洛＝________，该段导线所受的安培力为F＝________.
正确答案
qvB NqvB
垂直于磁场方向运动的带电粒子所受洛伦兹力的表达式为F洛＝qvB，导体在磁场中所受到的安培力实质是导体中带电粒子所受洛伦兹力的宏观体现，即安培力F＝NF洛＝NqvB.
（13分）一个重力不计的带电粒子，以大小为v的速度从坐标(0，L)的a点，平行于x轴射入磁感应强度大小为B、方向垂直纸面向外的圆形匀强磁场区域，并从x轴上b点射出磁场，射出速度方向与x轴正方向夹角为60°，如图所示.求：
（1）带电粒子在磁场中运动的轨道半径；
（2）带电粒子的比荷q/m及粒子从a点运动到b点的时间；
（3）其他条件不变，要使该粒子恰从O点射出磁场，求粒子入射速度大小.
正确答案
⑴ 2L ⑵ 
试题分析：（1）由几何知识：Rsin30°+L=R R=2L
（2）由洛伦兹力提供向心力：qBv=
周期：T=
（3）要使粒子能从O点射出磁场，则R' =
扫码查看完整答案与解析