- 运动电荷在磁场中受到的力——洛仑兹力
- 共2261题
如图所示，虚线框内空间中同时存在着匀强电场和匀强磁场，匀强电场的电场线方向竖直向上，电场强度E=6×104V/m，匀强磁场的磁感线未在图中画出，一带正电的粒子按图示方向垂直进入虚线框空间中，速度v=2×105m/s。
（1）如要求带电粒子在虚线框空间做匀速运动，磁场中磁感受线的方向如何？
（2）磁感应强度大小如何？（带电粒子所受重力忽略不计）
正确答案
（1）垂直纸面向外
（2）0.3T
有一匀强磁场，磁感应强度大小为1.2T，方向由南指向北，如有一质子沿竖直向下的方向进入磁场，磁场作用在质子上的力为9.6×10-14N，则
（1）质子射入时速度为多大？
（2）将在磁场中向哪个方向偏转？
正确答案
解：（1）9.6×10-14=1.6×10-19×BV ，V=5×105m/s
（2）向东
摆长为ι的单摆在匀强磁场中摆动，摆动平面与磁场方向垂直，如图10-14所示。摆动中摆线始终绷紧，若摆球带正电，电量为q，质量为m，磁感应强度为B，当球从最高处摆到最低处时，摆线上的拉力T多大？
正确答案
球从左右两方经过最低点，因速度方向不同，引起f洛不同，受力分析如图10-15所示。由于摆动时f洛和F拉都不做功，机械能守恒，小球无论向左、向右摆动过C点时的速度大小相同，方向相反。
摆球从最高点到达最低点C的过程满足机械能守恒：
当摆球在C的速度向右，根据左手定则，f洛竖直向上，根据牛顿第二定律则有
当摆球在C的速度向左，f洛竖直向下，根据牛顿第二定律则有
所以摆到最低处时，摆线上的拉力
【评析】
要避免本题错解的失误，就要对题目所叙述的各个状态认真画出速度方向，用左手定则判断洛仑兹力的方向。其余的工作就是运用牛顿第二定律和机械能守恒定律解题。
平行金属，板长1.4米，两板相距30厘米，两板间
匀强磁场的B为1.3×10-3特斯拉，两板间所加电压
随时间变化关系如29-1图所示。当t=0时，有一个a
粒子从左侧两板中央以V=4×103米/秒的速度垂直于磁
场方向射入，如29-2图所示。不计a粒子的重力，求：
该粒子能否穿过金属板间区域?若不能，打在何处?若能， 则需多长时间? (已知a粒子电量q=3.2×10-19库，质量m=6.64×10-27千克)
正确答案
(1)粒子不会与金属板相碰
(2)面a粒子做匀速圆周运动的周期为：T=2πm/qB=(2×3.14×6.64×10-27)/(3.2×10-19×1.3×10-3)=1.0×10-4秒则在不加电压的时间内，a粒子恰好能在磁场中运动一周。当两板间又加上第2个周期和第3个周期的电压时，a粒子将重复上述的运动。故经13/4周期飞出板外(t=6.5×10-4秒)其运动轨迹如29-3图所示。
在t=0到t=1×10-4秒时间内，两板间加有电压，a粒子受到电场力和洛仑兹力分别为：F=qu/d=q×1.56/0.3="5.2q" 方向竖直向下f=qBv=q×1.3×10-3×4×103="5.2q" 方向竖直向上
因F=f，故做匀速直线运动，其位移为△S=v△t=4×103×1×10-4=0.4米，在t=1×10-4秒到t=2×10-4秒时间内，两板间无电场，a粒子在洛仑兹力作用下做匀速圆周运动，其轨迹半径为：r=mv/qB=(6.64×10-27×4×103)/(3.2×10-19×1.3×10-3)=6.37×10-2米＜d/4所以粒子不会与金属板相碰。面a粒子做匀速圆周运动的周期为：T=2πm/qB=(2×3.14×6.64×10-27)/(3.2×10-19×1.3×10-3)=1.0×10-4秒则在不加电压的时间内，a粒子恰好能在磁场中运动一周。当两板间又加上第2个周期和第3个周期的电压时，a粒子将重复上述的运动。故经13/4周期飞出板外(t=6.5×10-4秒)其运动轨迹如29-3图所示。
如图所示，金属条的左侧有垂直纸面向里的磁感应强度为B、面积足够大的匀强磁场.在金属条正上方，与A点相距上方l处有一涂有荧光材料的金属小球P(半径可忽略).一强光束照射在金属条的A处，可以使A处向各个方向逸出不同速度的电子，小球P因受到电子的冲击而发出荧光.已知电子的质量为m、电荷量为e.
（1）从A点垂直金属条向左垂直射入磁场的电子中，能击中小球P的电子的速度是多大？
(2) 若A点射出的、速度沿纸面斜向下方，且与金属条成θ角的电子能击中小球P，请导出其速率v与θ的关系式，并在图中画出其轨迹.
正确答案
（1）从A点垂直金属条向左射入磁场面恰能击中小球P的电子，其做匀速圆周运动的半径R1=l/2
根据eBv1=
（2）设以θ角射出的光电子能击中P球，其轨迹如图所示
其运动半径R=
即v=
略
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