- 磁场
- 共12215题
如图所示装置中,区域Ⅰ和Ⅲ中分别有竖直向上和水平向右的匀强电场,电场强度分别为E和0.5E;Ⅱ区域内有垂直向外的水平匀强磁场,磁感应强度为B.一质量为m、带电量为q的带负电粒子(不计重力)从左边界O点正上方的M点以速度v0水平射入电场,经水平分界线OP上的A点与OP成60°角射入Ⅱ区域的磁场,并垂直竖直边界CD进入Ⅲ区域的匀强电场中.求:
(1)粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动的轨道半径;
(2)O、M间的距离;
(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所经历的时间.
正确答案
解析
解:(1)粒子在匀强电场中做类平抛运动,水平方向做匀速直线运动,设粒子过A点时速度为v,
由类平抛运动的规律知
粒子在匀强磁场中做匀速圆周运动,由牛顿第二定律得
所以
(2)设粒子在电场中运动时间为t1,加速度为a.
则有qE=ma
v0tan60°=at1
即
O、M两点间的距离为
(3)设粒子在Ⅱ区域磁场中运动时间为t2.
则由几何关系知轨道的圆心角∠AO1D=60°,则
设粒子在Ⅲ区域电场中运行时间为t3,则牛顿第二定律得
则 t3==
故粒子从M点出发到第二次通过CD边界所用时间为
t=t1+t2+t3==
答:
(1)粒子在Ⅱ区域匀强磁场中运动的轨道半径是.
(2)O、M间的距离是.
(3)粒子从M点出发到第二次通过CD边界所经历的时间是.
一个电子以速度逆着磁感线方向进入匀强磁场,它在磁场中的运动情况是( )
正确答案
解析
解:电子的速度方向与磁场方向平行,不受洛伦兹力,知电子不受力,根据牛顿第一定律,做匀速直线运动.故C正确,A、B、D错误.
故选:C.
如图所示圆形区域内有垂直于纸面的匀强磁场,三个质量和电荷量都相同的带电粒子a、b、c,以不同的速率沿着AO方向对准圆心O射入磁场,其运动轨迹如图所示.若带电粒子只受磁场力的作用,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:粒子在磁场中做匀速圆周运动时,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:qvB=m,解得:r=
.
A、由于三个带电粒子的质量、电荷量均相同,在同一个磁场中,当速度越大时、轨道半径越大,由图示可知,a粒子的轨道半径最小,粒子c的轨道半径最大,则a的粒子速率最小,c粒子的速率最大,故A错误,C正确;
B、粒子在磁场中做圆周运动的周期:T=,粒子在磁场中的运动时间:t=
T,三粒子运动周期相同,由图示可知,a在磁场中运动的偏转角最大,对应时间最长,故BD错误;
故选:C.
如图所示,一足够长的矩形区域abcd内充满方向垂直纸面向里的、磁感应强度为B的匀强磁场,在ad边中点O,方向垂直磁场向里射入一速度方向跟ad边夹角θ=30°、大小为v0的带正电粒子,已知粒子质量为m,电量为q,ad边长为L,ab边足够长,粒子重力不计,则粒子不能从ab边上射出磁场的v0为( )
正确答案
解析
解:若粒子速度为v0,粒子进入磁场时做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,则:qv0B=m,
则得:R=,
设圆心在O1处对应圆弧与cd边相切,相应速度为v01,则有 R1-R1sinθ=,θ=30°,
则得:R1=L
将R1=代入上式可得:v01=
设圆心在O2处对应圆弧与ab边相切,相应速度为v02,则
由几何关系得:R2+R2sinθ=,θ=30°,则得:R2=
L,
将R2=代入上式可得:v02=
所以粒子能从ab边上射出磁场的v0应满足<v0≤
,
粒子不能从ab边射出的条件是:v0>或v0≤
;
故选:BC.
如图所示,一带电量为q=2×10-9c,质量为m=2×10-16kg的粒子,在直线上一点O沿30°角方向进入磁感应强度B=0.2T的匀强磁场中(磁场在直线上方的区域足够大),已知OP的距离为0.5m,求:
(1)粒子的运动速率v为多大;
(2)粒子在磁场中运动的时间;
(3)若仅使题中的磁感应强度反向,则前后两次带电粒子在磁场中运动的时间之比为多少?
正确答案
解析
解:(1)粒子运动轨迹如图所示:
由几何知识可知,粒子在磁场中转过的圆心角:
α=360°-θ=360°-2×30°=300°,
由几何关系可得:R=0.5m
由 可得:v=
代入得:v=106m/s
(2)运动时间:t1==
(3)当磁场方向反向时,带电粒子在磁场中运动轨迹所对应的圆心角:,
则=
=
,
故=
答:(1)粒子的运动速率v为为106m/s;
(2)粒子在磁场中运动的时间为;
(3)若仅使题中的磁感应强度反向,则前后两次带电粒子在磁场中运动的时间之比为5:1.
如图所示,在xOy平面的第一象限有一匀强电场,电场强度大小未知,电场的方向平行于y轴向下;在x轴和第四象限的射线OC之间有一匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于纸面向外.有一质量为m,带有电荷量+q的质点由电场左侧平行于x轴射入电场.质点到达x轴上A点时,速度大小为v,速度方向与x轴的夹角φ,A点与原点O的距离为d.接着质点进入磁场,并垂直于磁场边界的OC射线飞离磁场.不计重力影响.若OC与x轴的夹角为φ,求
(1)磁感应强度B的大小
(2)匀强电场的场强E的大小.
正确答案
解析
解::(1)由几何关系得:R=dsinφ
由洛仑兹力公式和牛顿第二定律得:qvB=
解得:B=
(2)质点在电场中的运动为类平抛运动.设质点射入电场的速度为v0,在电场中的加速度为a,运动时间为t,则有:
v0=vcosφ
vsinφ=at
d=v0t
解得:a=
设电场强度的大小为E,由牛顿第二定律得
qE=ma
解得:E=
答:
(1)磁感应强度B的大小B=
(2)匀强电场的场强E=
如图所示,在x>0、y>0的空间中有恒定的匀强磁场,磁感应强度的方向垂直于xoy平面,大小为B,现有一质量为m电荷量为q的带电粒子,在O点以速度v沿着与y轴夹角为30°的方向垂直进入磁场,运动到A点时速度方向与x轴的正方向相同,不计粒子的重力,则( )
正确答案
解析
解:粒子运动轨迹如图所示:
A、由几何知识可得:θ=30°,粒子在磁场中做圆周运动的周期:T=,粒子由O到A在磁场中运动的时间:t=
T=
×
=
,故A错误;
B、粒子在磁场中做圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:qvB=m,解得:r=
,A点距x轴的距离:y=r-rcosθ=
-
,故B错误;
C、粒子在磁场中圆周运动,速度大小不变,方向发生变化,粒子速度发生变化,故C错误;
D、由以上分析可知,A、B、C都错误,故D正确;
故选:D.
如图所示,已知一带电小球在光滑绝缘的水平面上从静止开始经电压U加速后,水平进入互相垂直的匀强电场E(匀强电场在竖直方向)和匀强磁场(匀强磁场在水平方向)的复合场中(E、B、U和g为已知),小球在此空间的竖直面内做匀速圆周运动,则( )
正确答案
解析
解:A、小球在竖直平面内做匀速圆周运动,故重力等于电场力,即洛伦兹力提供向心力,所以mg=qE,由于电场力的方向与场强的方向相反,故小球带负电,故A错误;
B、小球在电场中加速,由动能定理得:qU=mv2,粒子在复合场中做圆周圆周运动,洛伦兹力提供向心力,则:mg=qE,qvB=m
,解得:r=
=
,故B正确;
C、粒子做圆周运动的周期:T=,粒子做圆周运动的周期与电压U无关,U增大粒子做圆周运动的周期不变,故C错误;
D、粒子在复合场中做匀速圆周运动,电场力与重力等大反向,电场力向上,小球带负电,则电场方向竖直向下,故D正确;
故选:BD.
研究物理问题的方法是运用现有的知识对问题做深入的学习和研究,找到解决的思路与方法,例如:模型法、等效法、分析法、图象法.掌握并能运用这些方法在一定程度上比习得物理知识更加重要.
(1)如图甲所示,空间有一水平向右的匀强电场,半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内,O是圆心,AB是竖直方向的直径.一质量为m、电荷量为+q的小球套在圆环上,并静止在P点,且OP与竖直方向的夹角θ=37°.不计空气阻力.已知重力加速度为g,sin37°=0.6,cos37°=0.8.
a.求电场强度E的大小;
b.若要使小球从P点出发能做完整的圆周运动,求小球初速度应满足的条件.
(2)如图乙所示,空间有一个范围足够大的匀强磁场,磁感应强度为B,一个质量为m、电荷量为+q的带电小圆环套在一根固定的绝缘竖直细杆上,杆足够长,环与杆的动摩擦因数为μ.现使圆环以初速度v0向上运动,经时间t圆环回到出发位置.不计空气阻力.已知重力加速度为g.求当圆环回到出发位置时速度v的大小.
正确答案
解析
解:(1)a.当小球静止在P点时,则有
所以E=
b.当小球做圆周运动时,可以等效为在一个“重力加速度”为g的“重力场”中运动.若要使小球能做完整的圆周运动,则小球必须能通过图中的Q点.设当小球从P点出发的速度为vmin时,小球到达Q点时速度为零.在小球从P运动到Q的过程中,根据动能定理有-
mg•2r=0-
mv
所以vmin=
即小球的初速度应大于
(2)在圆环运动的过程中,圆环受向下的重力mg、水平方向的洛伦兹力qvB、细杆的弹力N和摩擦力f,其中f一直与运动方向相反,且摩擦力的大小f=μN=μqvB.
圆环向上运动的过程中做减速运动,加速度a=;则可右加速度越来越小;
圆环向下运动的过程中做加速运动,加速度a=,同样越来越小.
圆环从开始向上运动到回到出发位置的过程中,其速度v随时间t的变化关系如图甲所示(取竖直向上为正方向),图中图线与t轴所围面积表示圆环在对应时间内通过的路程,而圆环向上运动和向下运动所经位移大小相同,所以图中区域A与区域B面积相等.
在运动过程中,圆环所受摩擦力f=μqvB,与v成正比,所以其所受摩擦力f随时间t的变化关系应与图甲相似,但方向相反,如图乙所示,图中区域A′与区域B′的面积也相等.而在f-t图中,图线与t轴所围面积表示对应时间内阻力f的冲量,所以整个过程中f的总冲量If=0.
在整个过程中,根据动量定理有If-mgt=-mv-mv0
所以v=gt-v0
答:(1)a.电场强度E的大小为;
b.小球初速度应满足的条件小球的初速度应大于
(2)当圆环回到出发位置时速度v的大小为gt-v0.
如图所示,两匀强磁场方向相同,以虚线MN为理想边界,磁感应强度分别为B1、B2.一个质量为m、电荷量为e的电子从MN上的P点沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1中,其运动轨迹为图中虚线所示的“心”形图线.则以下说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、根据左手定则可知:电子从P点沿垂直于磁场的方向射入匀强磁场B1时,受到的洛伦兹力方向向上,所以电子的运行轨迹为PDMCNEP,故A错误;
B、电子在整个过程中,在匀强磁场B1中运动两个半圆,即运动一个周期,在匀强磁场B2中运动半个周期,
所以T=+
,故B错误;
C、由图象可知,电子在匀强磁场B1中运动半径是匀强磁场B2中运动半径的一半,根据r=可知,B1=2B2,故C正确,D错误.
故选:C.
如图所示,在xOy坐标系的第一象限中有一半径为r=0.1m的圆形磁场区域,磁感应强度B=1T,方向垂直纸面向里,该区域同时与x轴、y轴相切,切点分别为A、C.现有大量质量为1×10-18kg(重力不计),电量大小为2×10-10C,速率均为2×107m/s的带负电的粒子从A处垂直磁场进入第一象限,速度方向与y轴夹角为θ,且0<θ<180°,则下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:A、电子在磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力提供向心力,由牛顿第二定律得:qvB=m,代入数据解得:r=0.1m,故A正确;
B、由题意知,粒子的轨迹,相当于把半径r=0.1m的圆以A点为中心顺时针转动,如图所示,所以粒子轨迹圆的圆心构成的圆的圆心在A点,半径等于AB,即与磁场圆的半径相等,且粒子的轨迹可以覆盖整个磁场圆,故BD正确;
C、由图示可知,粒子离开磁场区域后进入第四象限做匀速直线运动,不可能进入第2象限,故C错误;
故选:ABD.
如图所示,一束电子电荷量为q,以速度v垂直射入磁感应强度为B、宽度为d的匀强磁场中,穿过磁场时的速度与原来入射方向的夹角是30°,则电子的质量为______,穿过磁场的时间是______.
正确答案
解析
解:(1)电子垂直射入匀强磁场中,只受洛伦兹力作用做匀速圆周运动,画出轨迹,由几何知识得到,轨迹的半径为
r==2d
由牛顿第二定律得:
qvB=m
解得:m=
(2)由几何知识得到,轨迹的圆心角为α=30°=
则电子在磁场中运动的时间 t==
=
=
故答案为:,
(2015秋•滁州期末)如图为洛伦兹力演示仪的结构图.励磁线圈产生的匀强磁场方向垂直纸面向外,电子束由电子枪产生,其速度方向与磁场方向垂直.电子速度的大小和磁场强弱可分别由通过电子枪的加速电压和励磁线圈的电流来调节,下列说法正确的是( )
正确答案
解析
解:电子在加速电场中加速,由动能定理有:
eU=mv02…①
电子在匀强磁场中做匀速圆周运动,洛伦兹力充当向心力,有:eBv0=m②
解得:r==
…③
T=④
可见提高电子枪加速电压,电子束的轨道半径变大、周期不变,故A正确B错误;
增大励磁线圈中的电流,电流产生的磁场增强,由③式可得,电子束的轨道半径变小.由④式知周期变小,故CD错误;
故选:A.
如图所示,在正三角形区域内存在着方向垂直于纸面向外、磁感应强度大小为B的匀强磁场,一个质量为m,电量为+q的带电粒子(重力不计)从AB边的中点O以速度v进入磁场,粒子进入磁场时的速度方向垂直于磁场且与AB边的夹角为60°.若粒子能从AB边穿出磁场,则粒子在磁场中运动的过程中,粒子到AB边的最大距离为( )
正确答案
解析
解:正电荷在向外的磁场中向右偏转,粒子运动的轨迹如图所示.
根据
得r=.
根据几何关系知,粒子在运动过程中距离AB边的最远距离为d=r+rsin30°=.故B正确,A、C、D错误.
故选:B.
如图所示,一空间内有磁感应强度大小均为B的两匀强磁场区域以半径为R的圆周为界,圆周内磁场方
向垂直纸面向里,圆周外磁场方向垂直纸面向外且范围足够大.一质量为m,电量为q的粒子以速度v0,从圆周上的A点正对圆心O进入圆周内磁场,不许粒子重力和空气阻力,已知,粒子经过时
间t再次到达A点,则时间t至少为( )
正确答案
解析
解:由牛顿第二定律,得:
qv0B=m,得r=
,周期T=
将代入,得r=R
画出轨迹,粒子再次到达A点时,经过的最短时间为
t=2T= 故C正确.
故选C.
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