- 运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力
- 共2261题
如图所示，质量m=0.1g的小物块，带有5×10-4C的电荷，放在倾角为30°的光滑绝缘斜面上，整个斜面置于B=0.5T的匀强磁场中，磁场方向垂直纸面指向纸里，物块由静止开始下滑，滑到某一位置时，开始离开斜面，g取10m/s2，求：
（1）物块带什么电？
（2）物块离开斜面时速度多大？
（3）斜面至少有多长？
正确答案
（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°，
得：v=
（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=2
（3）物体在斜面上滑行的最大距离是1.2m．
（16分）如图所示，在xoy平面内第二象限的某区域存在一个矩形匀强磁场区，磁场方向垂直xoy平面向里，边界分别平利于x轴和y轴。一电荷量为e、质量为m的电子，从坐标原点为O以速度v0射入第二象限，速度方向与y轴正方向成45°角，经过磁场偏转后，通过P（0，a）点，速度方向垂直于y轴，不计电子的重力。
（1）若磁场的磁感应强度大小为B0，求电子在磁场中运动的时间t；
（2）为使电子完成上述运动，求磁感应强度的大小应满足的条件；
（3）若电子到达y轴上P点时，撤去矩形匀强磁场，同时在y轴右侧加方向垂直xoy平面向里的匀强磁场，磁感应强度大小为B1，在y轴左侧加方向垂直xoy平面向里的匀强电场，电子在第（k+1）次从左向右经过y轴（经过P点为第1次）时恰好通过坐标原点。求y轴左侧磁场磁感应强度大小B2及上述过程电子的运动时间t。
正确答案
解：（1）如图甲所示，
电子在磁场中转过的角度θ=3π/4。
运动周期T=2πm/eB0。t=θT/2π，联立解得t=3πm/4eB0。
（2）设磁感应强度最小值为Bmin，对应的最大回旋半径为R，圆心O1.则有，ev0Bmin=m
联立解得：Bmin=
磁感应强度的大小应满足的条件为：B≥
（3）设电子在y轴右侧和左侧做圆周运动的半径分别为r1和r2，则有，
ev0B1=m
由图乙的几何关系可知，
2k(r1-r2)=a
联立解得：B2=
设电子在y轴右侧和左侧做圆周运动的周期分别为T1和T2，则有，
T1=2πm/eB1，T2=2πm/eB2。
t=k(T1+T2)/2
联立解得，t=-。
画出带电粒子在磁场中运动的轨迹图，应用洛伦兹力等于向心力、图中几何关系及其相关知识列方程解答。
如图所示，套在很长的绝缘直棒上的小球，其质量为m，带电荷量是+q，小球可在棒上滑动，将此棒竖直放在相互垂直且沿水平方向的匀强电场和匀强磁场中，电场强度为E，磁感应强度是B，小球与棒的动摩擦因数为μ，求小球由静止沿棒下落的最大加速度和最大速度．（设小球带电荷量不变）
正确答案
解：小球的受力情况如题图所示
由于N=qE+qvB，所以F合=mg-μN= mg-μ(qE+qvB)
可见随着v的增大，F合减小，由牛顿第二定律可知，小球先做加速度越来越小的变加速运动，最后做匀速直线运动
故当v=0时，a最大，
当F合=0，即a=0时v有最大值vmax，即mg-μ(qvmaxB+qE) =0，
如图所示，一带电为-q的小球，质量为m，以初速度v0竖直向上射入水平方向的匀强磁场中，磁感应强度为B。当小球在竖直方向运动h高度时，球在b点上所受的磁场力多大？
正确答案
qB
（18分）如图，两根足够长平行光滑的金属导轨相距为l，导轨与水平面夹角为θ,并处于磁感应强度为B2、方向垂直导轨平面向下的匀强磁场中。两金属导轨的上端与阻值为R的灯泡连接，并连接水平放置、长和宽都为d的平行金属板，板内存在垂直纸面向里的磁感应强度为B1的匀强磁场。长为l的金属棒ab垂直于金属导轨，且始终与导轨接触良好。当金属棒固定不动时，质量为m、电荷量为q的粒子流沿中线射入金属板内，恰好在金属板的左下边沿穿出。粒子重力不计，重力加速度为g，导轨和金属棒的电阻不计。
（1） 粒子流带何种电荷，速度多大？
（2） 现将金属棒由静止释放，待棒沿导轨匀速下滑后，粒子流水平通过，求金属棒质量M。
正确答案
（1）
试题分析：（1） 由左手定则，可判定粒子流带正电。 ………（2分）
粒子流在磁场中做匀速圆周运动，由牛顿第二定律，
得：
粒子流恰好在金属板的边沿穿出，由几何关系得
解得
故
（2） 对匀速通过金属板的粒子流，其所受的电场力等于洛伦兹力，有：
金属板的电压
金属棒受到的安培力 
棒做匀速运动，由力的平衡条件，有：
联立式子，解得：
扫码查看完整答案与解析